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Aus Treibhausgas wird Mastfutter-Aminosäure free

Methionin, eine Aminosäure, die das Wachstum von Masttieren verbessert, kann bald vielleicht ökologischer hergestellt werden. Forscher der TU München arbeiten daran, gasförmiges CO2 als chemischen Grundstoff zu nutzen. (Foto: Wobser)

Die Ressourcen der Erde werden knapper. Wovon wir allerdings reichlich haben, ist klimaschädliches CO2. Forscher der TU München konnten es nun erstmals nutzbar machen: zur Herstellung der Aminosäure Methionin, die in der Tiermast eingesetzt wird. 

Professor Arne Skerra von der Technischen Universität München (TUM) ist es zum ersten Mal gelungen, gasförmiges CO2 als Grundstoff für die Produktion der in der Tiermast eingesetzten Aminosäure Methionin zu verwenden. Der Futtermittel-Bestandteil, der bisher nur mit hohem chemischen Aufwand hergestellt werden konnte, verbessert das Wachstum von Masttieren wie Geflügel oder Fisch. Bislang scheiterten Versuche, das klimaschädliche Treibhausgas stofflich zu verwerten nach Angaben der Forscher immer an dem äußerst hohen Energieaufwand, der dazu nötig ist. Das neue Verfahren könnte effizienter als Photosynthese sein, sagt das Forscherteam.

Wie Methionin bisher hergestellt wird

Methionin ist ein chemisches Massenprodukt. Die Jahresproduktion des Stoffes beträgt derzeit weltweit etwa eine Million Tonnen. Bislang erfolgt die Herstellung in einem aufwendigen, 6-stufigen chemischen Prozess aus petrochemischen Ausgangsstoffen, also aus Erdgas und Erdöl. Auch hochgiftige Blausäure wird in der heute gängigen Herstellungsweise benötigt. An der TU München habe man nun ein enzymatisches Verfahren für eine biotechnische Reaktion entwickelt. Es könnte die bisherige petrochemische Produktion ersetzen, wenn die Forscher um Arne Skerra es schaffen, das Verfahren für die großtechnische Anwendung zu verfeinern.

Jede chemische Reaktion ist im Prinzip umkehrbar.

Professor Arne Skerra

Die Lösung lag für die Forscher im Zwischenprodukt Methional, das in der Natur als Abbauprodukt von Methionin vorkommt. „Ausgehend von der Überlegung, dass Methionin unter Abgabe von CO2 zu Methional abgebaut wird, versuchten wir diesen Prozess umzukehren“, erklärt Professor Arne Skerra, Inhaber des Lehrstuhls für Biologische Chemie an der TUM. „Jede chemische Reaktion ist im Prinzip umkehrbar, allerdings oft nur unter hohem Einsatz von Energie und Druck.“

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Zusammen mit dem Postdoc Lukas Eisoldt erprobte Skerra, welcher CO2-Druck nötig wäre, um in einem biokatalytischen Prozess Methionin aus Methional herzustellen. Überraschend ergab sich eine unerwartet hohe Ausbeute schon bei relativ niedrigem Druck – etwa entsprechend dem Druck in einem Autoreifen von  zirka zwei Bar. Im weiteren Verlauf der Forschung wurde die Reaktion mithilfe der Doktorandin Julia Martin durch Protein-Engineering optimiert.

Effizienter als die Photosynthese

Es gelang schließlich, die Reaktion (aus Methional wird Methionin) im Labormaßstab bis zu einer Ausbeute von 40 % zu verbessern. „Im Vergleich zur komplexen Photosynthese, in der die Natur ebenfalls auf biokatalytischem Wege CO2 als Baustein in Biomoleküle einbaut, ist unser Verfahren hochelegant und einfach“, berichtet Arne Skerra. „Die Photosynthese verwendet 14 Enzyme und hat eine Ausbeute von 20 %, während unsere Methode bloß zwei Enzyme benötigt.“

Das Grundmuster der neuartigen biokatalytischen Reaktion kann künftig Vorbild für die industrielle Herstellung anderer wertvoller Aminosäuren oder von Vorprodukten für Arzneimittel sein.