Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Biodiesel aus Lignocellulose durch Metabolic Engineering eines Basidiomyceten

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. Maren Wandrey
Tel: +49 331 568-1330
E-Mail: maren.wandrey@iap.fraunhofer.de
FKZ
22007813
Anfang
01.02.2015
Ende
30.04.2018
Aufgabenbeschreibung
Die Vorkommen fossiler Energieträger sind endlich. Eine mögliche umweltschonende Alternative stellen Biokraftstoffe, wie Biodiesel, dar. Bisher wird Biodiesel vor allem aus Rapsöl und Palmöl hergestellt. Dies ist jedoch problematisch, da diese Art der Rohstoffverwertung in Konkurrenz mit der Lebensmittelherstellung und der Landnutzung steht. Erstrebenswertes Ziel ist es, die Umsetzung von Lignocellulose-basierten Reststoffen zu Biodiesel zu realisieren. Ziel des Vorhabens war es, einen biotechnologischen Prozess zur Herstellung von Biodiesel bzw. Fettsäureethylester (FSEE) aus Lignocellulose zu entwickeln. Es sollte ein Ustilago maydis-Stamm erzeugt werden, der dazu in der Lage ist, die aus der Lignocellulose stammenden Hexosen und Pentosen als Substrate zu verwerten und FSEE zu produzieren. Neben molekularbiologischen Arbeiten, wie der Einbringung der Gene für die Ethanolsynthese und die Fettsäureveresterung, sollte auch der biotechnologische Produktionsprozess betrachtet werden. So sollte die Verwertung verschiedener Kohlenstoffquellen untersucht, Fermentationsparameter optimiert und in den Technikums-Maßstab übertragen werden.
Ergebnisdarstellung
Der Ustilago maydis-Wildtyp (DSM17144) und ein Glykolipid-defizienter U. maydis-Stamm (DSM17147) wurden hinsichtlich ihres Lipidmusters und des Einflusses verschiedener Faktoren der Medienzusammensetzung und Fütterungsstrategie untersucht. Eine Phosphatlimitierung und Fed-Batch-Prozessstrategie ermöglichten eine hohe und reproduzierbare Lipidproduktion. Hohe Wachstumsraten und finale ODs konnten mit beiden Stämmen erzielt werden. Untersuchungen zur Verwertung verschiedener Kohlenstoffquellen ergaben, dass ein Xylose/Glucose-Gemisch nahezu genauso gut von den Zellen verwertet werden kann, wie reine Glucose. Aufgrund seiner hohen Konzentration an freien Fettsäuren wurde der Glykolipid-defiziente Stamm für die genetischen Modifikationen ausgewählt. Zunächst wurde ein modulares Klonierungssystem synthetisiert und verschiedene Promotoren insichtlich ihrer Aktivität getestet. Ethanol-Biosynthesegene und das Gen für eine Wachsestersynthase wurden kloniert, um die Synthese von Fettsäureethylester zu ermöglichen. Eine Metabolomstudie wurde mit beiden Stämmen durchgeführt, um Angriffspunkte für spätere Engineeringarbeiten zu identifizieren. Im Vorhaben wurden umfangreiche Optimierungsansätze zur Realisierung der Vorhabenziele umgesetzt. Diese blieben jedoch ohne Erfolg, da die Funktionalität des Schlüsselenzymes der Fettsäureveresterung trotz aller Anstrengungen nicht hergestellt werden konnte.

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