"Nachweis zur enzymatischen Produktion von Bioenergieträgern aus CO2 und CO"

Zielstellung

Ein derzeitiges Problem stellt die gestiegene Emission des Treibhausgases Kohlendioxid (CO₂) auf der Erde dar. Zu hohe oder steigende CO₂-Emissionen stören das natürliche Gleichgewicht auf der Erde und führen zur globalen Erwärmung, die in den letzten Jahren signifikant gestiegen ist. Hier sind Mikroorganismen in der Lage, durch enzymatische Aktivitäten CO₂ zu fixieren und in Verbindungen umzuwandeln, die selbst wieder als Energiequelle genutzt werden können. Ein Enzym, das reversibel Formiat in CO₂ umwandelt ist die bakterielle Formiat-Dehydrogenase.

Neben CO₂ kommt Kohlenmonoxid (CO) als ein geruch- und farbloses, giftiges und brennbares Gas in der Atmosphäre vor. Der anthropogene CO-Ausstoß in Deutschland beträgt pro Jahr 4.593 kt. Durch die zunehmende Industrialisierung und verstärktes Verkehrsaufkommen steigt die CO-Emission kontinuierlich. Der größte Anteil an der CO-Emission erfolgt im Allgemeinen durch Autos. Für Menschen ist CO ein Atemgift, durch Hemmung des Hämoglobins im Blut. Ein CO-verbrauchendes Enzym ist die mikrobielle CO-Dehydrogenase, die hier studiert werden soll. Durch diese CO-Dehydrogenasen sind Bakterien in der Lage, etwa 2 x 10⁸ metrische Tonnen CO in der Luft zu entgiften. 

Schwerpunkte der Forschungsarbeiten liegen auf der Charakterisierung dieser CO und CO₂ verbrauchenden Enzyme. Die Untersuchungen sind von generellem Interesse für das Verständnis der Wirkungsweise der Enzyme. Durch Analyse der Aktivität der Enzyme durch Messung des CO und CO₂-Verbrauches sollen Aussagen getroffen werden, die zur Stabilisierung, Optimierung und Nutzbarmachung dieser Enzyme für kommerzielle Anwendungen in kleinen Unternehmen führen. Ein Beispiel ist die Entwicklung eines Biosensors für CO Mithilfe der CO Dehydrogenase. Ebenfalls soll die Formiat-Dehydrogenase zur Entwicklung von lichtgetriebenen „Fuel-Cells“ genutzt werden, kleine Energie-liefernde Aufbauten, die das Sonnenlicht umwandeln, um Brennstoffe zu erzeugen. Um die Aktivität und die Reaktionsprodukte der Enzyme nachzuweisen, wird das EFRE geförderte GC-MS System verwendet (Bild), das die Gase mit hoher Sensitivität eindeutig nachweisen kann.