In Holz schlummert ein ungenutzter Rohstoff: Lignin. Allerdings stellt die Nutzung dieser Rohstoffquelle die Wissenschaft bisher vor ein schwer lösbares Problem: Beim Abbau von Lignin entstehen derart viele Moleküle, dass die Verwertung extrem aufwändig ist. Ein Team rund um Daniel R. Noguera von der University of Wisconsin-Madison hat nun ein Bakterium identifiziert, das dieses Problem lösen könnte.


Lignin als Rohstoffquelle

Lignin ist ein extrem widerstandsfähiges Riesenmolekül, das beim Abbau in eine unüberschaubare Menge verschiedener Moleküle zerfällt. Es unterscheidet sich derart dramatisch von anderen Biomolekülen, dass man lange Zeit nichts anderes machte, als es zu verbrennen. Und das, obwohl es einen großen potentiellen Wert als chemischer Grundstoff hat. Es besteht aus Einzelbausteinen mit Benzolringen, die wieder die Ausgangssubstanzen für verschiedene chemische Erzeugnisse wie Kunststoffe und Medikamente sind. Hinzu kommt, dass Lignin etwa ein Drittel der Trockenmasse von Holz ist und in großen Mengen bei der Gewinnung von Zellulose verbleibt. Es bestehen also wahrlich keine Versorgungsschwierigkeiten.


Problematisch ist allerdings, dass die Bausteine von Lignin nicht über ein oder zwei bekannte Bindungstypen verknüpft sind, sondern aus einer Mischung diverser Moleküle besteht, die nur sehr schwer voneinander getrennt werden können. Nogueras Team fand eine Antwort auf dieses Problem: Ein Bakterium namens Novosphingobium aromaticivorans, das zuerst in mit Ölrückständen verseuchten Boden gefunden wurde. Dieses Bakterium kann gleich drei der Substanzklassen verarbeiten, die bei der Zerlegung von Lignin anfallen: S-, G- und H-Aromaten. Dabei handelt es sich um Gruppen aus chemisch ähnlichen Verbindungen.

Bakterium produziert Ausgangsprodukt für Kunststoffproduktion

Die Abbauwege dieser drei Stoffklassen führen alle zu dem Zwischenprodukt PDC (2-Pyron-4,6-Dicarbonsäure). Dabei handelt es sich um ein Molekül, das wiederum ein Baustein für verschiedene Polyester ist, was eine der wichtigsten Stoffklassen für Alltagsgegenstände ist. Noguera und sein Team deaktivierten jeweils ein Gen in den drei Abbauwegen, die den Abbau bei dem Zwischenprodukt PDC stoppten, sodass der Stoff sich sammelt. Dabei erreichten die Forscher mit Novosphingobium aromaticivorans eine Effizienz von immerhin 59 Prozent.

Bis die Arbeit der Forscher in ligninbasierten Kunststoffen endet, ist es aber noch ein weiter Weg. Der Stoffwechsel des Bakteriums ist noch nicht ausreichend erforscht. Außerdem läuft die Auswertung bisher nur relativ langsam. Zudem ist PDC nicht in der Kunststoffproduktion etabliert, da es schwer zu gewinnen ist. Eine Ablösung von Kunststoffen auf Erdölbasis wird daher nicht einfach so von heute auf morgen vonstatten gehen.

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