Am Mittwoch, den 5. März 2025, stehen in Berlin die nächsten Dahlemer Wissenschaftsgespräche auf dem Programm. Der Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie der Freien Universität Berlin lädt zu einem Vortrag von Prof. Dr. Timo Niedermeyer ein. In seiner Präsentation mit dem Titel „Umweltgifte und Arzneistoffe: Cyanobakterien in der Natur und im Labor“ wird der Fokus auf die vielfältige Forschung zu Cyanobakterien und ihrer potenziellen medizinischen Nutzung liegen. Veranstaltungsort ist der Forschungsbau SupraFAB, Altesteinstraße 23a, Berlin. Die Vorträge finden alle zwei Monate am ersten Mittwoch um 18 Uhr statt, der Eintritt ist frei und eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Ziel dieser Reihe ist es, Einblicke in aktuelle Forschungsthemen und größere naturwissenschaftliche Forschungsverbünde der Freien Universität zu geben, wie fu-berlin.de berichtet.
Cyanobakterien sind eine faszinierende Gruppe von Organismen, die als die einzigen Prokaryoten bekannt sind, die die oxygenische Photosynthese durchführen können. Sie nutzen Lichtenergie und Kohlendioxid zur Bildung von Kohlenhydraten und Biomasse. Ihr Potenzial in der grünen Biotechnologie nimmt stetig zu, insbesondere wegen ihrer nachhaltigen Eigenschaften. Wie das ufz.de hervorhebt, besteht ein zunehmendes Interesse an Cyanobakterien, die Antworten auf klimatische Herausforderungen bieten könnten. Dennoch gibt es signifikante Herausforderungen in Bezug auf die genetischen Werkzeuge, die erforderlich sind, um Cyanobakterien für biotechnologische Anwendungen zu optimieren.
Cyanobakterien in der Forschung
Die Forschung hat sich auf die grundlegenden Prozesse konzentriert, die Fotosynthese und Metabolismus in Cyanobakterien steuern. Dieses Wissen soll als wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung photosynthesebasierter biotechnologischer Anwendungen dienen, wie beispielsweise der nachhaltigen Produktion von Wasserstoff, einem natürlichen Nebenprodukt der Photosynthese in einigen Cyanobakterien. Ein wesentliches Problem bleibt jedoch die begrenzte Verfügbarkeit molekularer Werkzeuge. Es mangelt an leicht kontrollierbaren Promotoren für eine breite Palette von Expressionsniveaus heterologer Gene, was die Forschung behindert.
Wissenschaftler der Technischen Universität Graz und der Ruhr-Universität Bochum haben jüngst Fortschritte in der Katalyseaktivität von Cyanobakterien erzielt, die für biotechnologische Anwendungen entscheidend sind. Ihre Studie, veröffentlicht im Fachjournal ACS Catalysis, zielt darauf ab, die Effizienz der Cyanobakterien zur Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie zu steigern. Dabei stehen Faktoren wie Lichtverfügbarkeit und Zelldichte im Fokus, da hohe Zelldichten die fotosynthetische Aktivität mindern können. Die Forscher haben das Ziel verfolgt, die Produktivität von Cyanobakterien durch innovatives Metabolic Engineering zu verbessern, indem sie das System im Genom des Cyanobakteriums modifizierten, das die Zelle vor fluctuierendem Licht schützt. Dies erlaubt mehr Energie für die Zielreaktionen zu nutzen.
Chancen und Herausforderungen
Die Herausforderungen bei der großtechnologischen Umsetzung von Cyanobakterien liegen nicht nur in der genetischen Modulation, sondern auch in der Entwicklung neuer Kultivierungsprozesse. Konzepte wie der Einsatz von Mini-LEDs und neue Geometrien wie abgekapselte Kügelchen (Beads) sind Ansätze, um die Produktivität weiter zu maximieren. Die interdisziplinäre Forschung ist entscheidend für die Integration dieser Maßnahmen, um die Verwendung von Cyanobakterien als nachhaltige Biokatalysatoren in der Industrie zu ermöglichen. Dies wird unterstützt durch Förderinstitutionen wie den Österreichischen Fonds für wissenschaftliche Forschung und die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, so rub.de.