Fossile Chemikalien zu ersetzen und durch Mikroorganismen nachhaltig produzieren zu lassen, ist schon lange ein Ziel der Synthetischen Biologie. Nicht gelungen ist dies bisher für aromatische wasserabweisende Kohlenwasserstoffe wie Styrol oder Benzol, da diese zu giftig für die Bakterien sind. Das will Prof. Nick Wierckx im Projekt PROSPER ändern, und zwar mit gezielt genetisch modifizierten, lösungsmitteltoleranten Pseudomonas-Bakterien.
Eine Vielzahl von Chemikalien lässt sich mithilfe von Mikroorganismen synthetisch erzeugen. Ein grundsätzliches Problem dabei ist jedoch die „Produktionstoleranz“, also die Toleranz der Bakterien gegenüber der produzierten Chemikalie. Ist die neue Substanz giftig, schädigt sie meistens auch die Mikroorganismen, die sie herstellen.
Einige Spezialisten unter den Bakterien haben jedoch eine Toleranz gegenüber giftigen Chemikalien entwickelt. Welche Prozesse dafür verantwortlich sind, will Wierckx im Projekt PROSPER an lösemitteltoleranten Pseudomonas-Bakterien untersuchen. Mit diesen Erkenntnissen will er eine Pseudomonas-Variante entwickeln, die eine höhere Toleranz gegenüber der Produktion von hydrophoben Lösungsmitteln wie Styrol, Ethylbenzol und Benzol aufbaut. Diese Produkte sind besonders interessant, weil sie eine sehr geringe Wasserlöslichkeit aufweisen und sich daher eigenständig aus einer wässerigen Lösung abtrennen.
Weltweit werden jährlich über 80 Millionen Tonnen Benzol und Styrol als Lösemittel, Zusatz in Treibstoffen oder in der Kunststoffherstellung in vielen Bereichen der chemischen Industrie eingesetzt. Die ringförmig aufgebauten, wasserabweisenden Kohlenwasserstoffe sind jedoch giftig für viele Lebewesen.
Plastikabfälle mit Bakterien abbauen
Mit dem Bakterium Pseudomonas habe Wierckx schon viel Erfahrung. Da es sehr robust ist, überlebt es selbst in einer Umgebung mit hohen Werten an Schad- und Giftstoffen. Daher wird es auch eingesetzt, wenn es zum Beispiel darum geht, kontaminierte Böden zu säubern. Pseudomonas wird von Wierckx und seinem Team auch eingesetzt, um Plastikabfälle abzubauen.
Im Rahmen der internationalen Bemühungen um eine Dekarbonisierung der Energiesysteme ist die verstärkte Nutzung des Untergrunds unumgänglich. Die intensive Nutzung des Untergrunds für die Speicherung von beispielsweise Kohlendioxid und Wasserstoff oder die Gewinnung von Erdwärme beispielsweise kann zur Destabilisierung des Untergrunds und zum Austritt von Schadstoffen ins Grundwasser führen. Dabei sind ein fundiertes Verständnis der mit diesen Aktivitäten verbundenen gekoppelten hydrogeochemischen Prozesse sowie Instrumente zur zuverlässigen Vorhersage ihrer Auswirkungen erforderlich. Dies erfordert detaillierte Einblicke in die Mineralauflösung und -ausfällung, wobei die besondere Herausforderung darin besteht, diese Prozesse in Gegenwart einer Gasphase angemessen zu beschreiben.
Jenna Poonoosamys Projekt GENIES zielt darauf ab, diese Wissenslücke zu schließen, indem es modernste Lab-on-a-Chip-Experimente, das heißt miniaturisierte (mikrofluidische) Experimente, mit innovativen mikroanalytischen in Operando-Techniken kombiniert, um neue Erkenntnisse über hydrogeochemische Prozesse unter Beteiligung einer Gasphase zu gewinnen. Die im Rahmen von GENIES entwickelten reaktiven Stofftransportmodelle werden verbesserte Prognosen des Transports von Schadstoffen ermöglichen und Ungewissheiten bei der Bewertung der Integrität unterirdischer Speicher- und Gewinnungssysteme verringern.
