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Quelle: Science and Technology Daily

Science and Technology Daily, Peking, 13. August (Reporter Zhang Mengran) Laut der offiziellen Website der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich hat ein Team der Schule eine neue Methode zur Verwendung von Bakterien zur Herstellung von Zellulose vorgeschlagen. Diese Methode folgt dem evolutionären Mechanismus der natürlichen Selektion und ermöglicht es Wissenschaftlern, schnell Zehntausende Bakterienvarianten zu züchten und die Stämme auszuwählen, die am meisten Zellulose produzieren.

Wissenschaftler versuchen, Mikroorganismen in lebende „Produktionsfabriken“ zu verwandeln, die große Mengen gewünschter Produkte schneller herstellen können. Dies erfordert eine gezielte Veränderung des Bakteriengenoms oder die Kultivierung der am besten geeigneten Bakterienstämme.

Essigsäurebakterien K.sucrofermentans können hochreine Cellulose produzieren. Zellulosematerialien unterstützen die Wundheilung und verhindern Infektionen und sind in biomedizinischen Anwendungen, Verpackungsmaterialien und Textilien sehr gefragt. Da der Wildtyp dieses Bakteriums jedoch langsam wächst und nur eine begrenzte Menge an Zellulose produziert, musste eine Möglichkeit gefunden werden, die Produktion zu steigern.

Mit der neuen Methode gelang es dem Forschungsteam, mehrere Varianten von Essigsäurebakterien erfolgreich zu kultivieren, die 70 % mehr Zellulose produzierten als die ursprünglichen Stämme.

Das Team bestrahlte zunächst Bakterienzellen mit ultraviolettem Licht, um zufällig Stellen in der Bakterien-DNA zu zerstören. Anschließend platzierten sie die Bakterien in einem dunklen Raum, um die Reparatur von DNA-Schäden zu verhindern und so Mutationen auszulösen. Mit winzigen Instrumenten verkapselten sie jede Bakterienzelle in einem kleinen Tropfen Nährlösung und ließen die Zellen für einen bestimmten Zeitraum Zellulose produzieren. Nach der Inkubationszeit wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie analysiert, welche Bakterienzellen am meisten Zellulose produzierten und welche Bakterienzellen keine oder nur sehr wenig Zellulose produzierten.

Mit einem neu entwickelten Sortiersystem sortierte das Team automatisch diejenigen Bakterienzellen aus, die sich zur Produktion großer Mengen Zellulose entwickelt hatten. Das Sortiersystem ist vollautomatisch und sehr schnell. Es dauert nur wenige Minuten, 500.000 Tröpfchen mit einem Laser zu scannen und die Tröpfchen mit dem höchsten Zellulosegehalt auszusortieren. Schließlich wurden 4 Stämme ausgewählt, deren Zelluloseproduktion 50–70 % höher war als die des Wildtyps.

Acetobacter-Zellen haben sich entwickelt, um an der Grenzfläche von Luft und Wasser in Glasflaschen zu wachsen und Zellulosematten zu produzieren. Das natürliche Gewicht dieses Pads liegt zwischen 2 und 3 mg und die Dicke beträgt etwa 1,5 mm. Die weiterentwickelte Variante produzierte Zellulosematten, die fast doppelt so schwer und dick waren wie der Wildtyp.

Der nächste Schritt des Teams wird darin bestehen, den neuen Mikroorganismus unter realen industriellen Bedingungen zu testen.

Cellulose ist das am weitesten verbreitete und am häufigsten vorkommende Polysaccharid in der Natur. Einige Essigsäurebakterienstämme können Cellulose synthetisieren, aber die Syntheserate unter natürlichen Bedingungen ist zu langsam, um den menschlichen Bedarf zu decken. Diesmal ahmte das Team die „natürliche Selektionsmethode“ nach und ließ Zellen zurück, die große Mengen Zellulose produzieren können, eliminierte „faule und rutschige“ Zellen und unterstützte die „Entwicklung“ von Essigsäurebakterienzellen. Eine neu entwickelte Sortieranlage trägt maßgeblich dazu bei, auf einen Blick zu „erkennen“, wer die „guten Mitarbeiter“ in der Zelluloseproduktion sind. Als nächstes werden wissenschaftliche Forscher weiter prüfen, ob diese entwickelten Essigsäurebakterien eine Rolle bei der Steigerung von Produktion und Einkommen in der industriellen Produktion spielen können.