Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

„New to nature" - Terpene als Basis zukünftiger Flüssigkraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

Anschrift
DECHEMA Forschungsinstitut
60486 Frankfurt
Theodor-Heuss-Allee 25
Kontakt
Dr. rer. nat. Jens Schrader
Tel: +49 69 7564-422
E-Mail: schrader@dechema.de
FKZ
22008713
Anfang
01.09.2014
Ende
30.11.2017
Aufgabenbeschreibung
Terpen-Kohlenwasserstoffe gehören zu den Substanzklassen, die als möglicher Ersatz für petrochemische Flüssigkraftstoffe diskutiert werden. US-amerikanische Forschergruppen und Unternehmen haben mit ihren Arbeiten bereits die Basis für die mikrobielle de novo- Synthese verschiedener Terpene gelegt und auch Flüssigkraftstoffe als Produkte propagiert. Allerdings kann ein reines Terpen nicht direkt in bestehenden Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Daher werden verschiedene Kohlenwasserstoffe in einer Mischung benötigt, welche kompatibel mit den bestehenden Kraftstoffinfrastrukturen ist. Mit diesem Forschungsprojekt wurde deshalb eine Erweiterung des Produktspektrums mikrobieller Terpen-Produktionsprozesse erforscht. Im Rahmen des Vorhabens wurden die technologischen Grundlagen für die Synthese von "new to nature"-Terpenen gelegt. Mit den entsprechenden Enzymreaktionen kann so die Substanzvielfalt in der Gruppe der Terpene erreicht werden, die man für eine zielgerichtete biotechnologische Herstellung wirklicher "Drop-In"-Kraftstoffe mittel- und langfristig benötigt.
Ergebnisdarstellung
Die Arbeiten in diesem Projekt haben eine enorme Verbreiterung der Strukturvielfalt terpenoider Produkte möglich gemacht. Mit Hilfe verschiedener Enzyme, die teilweise neu entdeckt oder mit Hilfe von Protein Engineering entwickelt wurden, konnte eine Vielzahl von Terpenen mit ungewöhnlichen Kettenlängen synthetisiert werden. So wurden mit Hilfe von bakteriellen C11-Terpensynthasen insgesamt 35 verschiedene C11-Terpene synthetisiert, wovon zuvor nur zehn bekannt waren. Die Strukturen von vier zuvor nicht beschriebenen Substanzen konnten aufgeklärt werden. Durch umfangreiche Mutationsanalysen konnte für eine solche Terpen-Synthase eine Aminosäure mit hoher Bedeutung für das Produktspektrum ausgemacht werden und Varianten mit deutlich verändertem Produktspektrum und neuen Hauptprodukten identifiziert werden, die beim Einsatz in vivo nach wie vor hohe Produktmengen lieferten. Durch die Kombination der GPP- Methyltransferasen und anderer neu entdeckter Methyltransferasen mit einer Prenyltransferase konnten zudem biosynthetische Zugänge zu bisher nicht bekannten Prenyl-Diphosphaten mit nicht-kanonischer Kettenlänge entwickelt werden. Die Ergebnisse des Projekts bieten deshalb die Grundlagen für die biotechnologische Produktion von Terpenmischungen mit unterschiedlichen Kettenlängen, die den Kettenlängen konventioneller Flüssigkraftstoffe ähneln und im Vergleich mit Reinsubstanzen deutlich verbesserte Eigenschaften aufweisen. Die Projektergebnisse liefern zudem umfangreiche Daten zur fermentativen Herstellung entsprechender Terpenmischungen und deren Abtrennung und Aufarbeitung.

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