Umlenkung des Kohlenstoffflusses durch Implementierung von Energie-konservierenden Modulen in Methanothermobacter thermautotrophicus zur Verwertung von Kohlendioxid

• Antragsteller: Dr. Bastian Molitor
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Bioverfahrenstechnik ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536033891

Erneuerbare Energiequellen sind in vielen Ländern ein fester Bestandteil des Strommixes. Ein Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch macht jedoch die Speicherung von Überschüssen aus erneuerbaren Energiequellen erforderlich. Wasserstoff (H2) kann durch Elektrolyse von Wasser mit erneuerbarer Energie erzeugt werden. H2 zur Herstellung von Methangas (CH4) aus Kohlendioxid (CO2) in einem Power-to-Gas-Prozess mit Biomethanisierung wird bereits verwendet, um die kostspielige Speicherung von H2 zu vermeiden. Reinkulturen thermophiler methanogener Archaeen, wie Methanothermobacter thermautotrophicus, werden eingesetzt, um CO2 und H2 mit hoher Prozessstabilität und hohen Produktionsraten in CH4 umzuwandeln. Das dabei entstehende erneuerbare Erdgas enthält >97% CH4 und kann mit nur geringer Aufbereitung in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden, das über gute Speicherkapazität und Verteilungsmöglichkeiten verfügt. Mein Labor hat ein genetisches System für M. thermautotrophicus entwickelt, das nun genutzt werden kann, um das volle Potenzial dieser Biotechnologie auszuschöpfen, indem die mikrobielle Physiologie des Biokatalysators untersucht und optimiert wird und das Produktspektrum in einem Power-to-Chemicals-Ansatz erweitert wird. Auf der Grundlage des verfügbaren genetischen Systems werden wir weitere Werkzeuge entwickeln, um z.B. getaggte Enzymvarianten in M. thermautotrophicus zu erzeugen. Dies wird es uns ermöglichen, die Biochemie von Enzymen zu untersuchen, die für die Methanogenese von großer Bedeutung sind. Zu diesem Zweck werden wir mit Partnern in den USA und Australien zusammenarbeiten. Die genetischen Werkzeuge werden in Kombination mit Daten aus Fermentationen und Systembiologie genutzt, um den Stoffwechsel von M. thermautotrophicus für die Produktion von Acetoin als Proof-of-Concept-Produkt zu optimieren. Acetoin ist von wirtschaftlichem Wert, z.B. als Geschmacksverstärker, kosmetischer Inhaltsstoff und als Vorprodukt für Plattformchemikalien wie 2,3-Butandiol. Mein Labor hat auch ein genomweites Stoffwechselmodell entwickelt, das eine Plattform bietet, um Hypothesen in silico zu testen, bevor Experimente im Labor durchgeführt werden. Wir haben das Modell verwendet, um metabolische Veränderungen zu simulieren, die zu einem höheren Fluss in Richtung Acetoin führen könnten, was in diesem Antrag getestet werden soll. Damit werden wir zeigen, dass M. thermautotrophicus als sehr stabiles mikrobielles Chassis für die Produktion anderer biotechnologisch relevanter Produkte in einer Power-to-Chemicals-Plattform genutzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen