Solarer Bio-Wasserstoff aus Gr\u00fcnalgenAlternative CO2-emissionfreie Energietr\u00e4ger gewinnen zunehmend an Bedeutung auf Grund des globalen R\u00fcckgangs der Ressourcen von fossilen Energietr\u00e4gern sowie der Problematik steigender CO2-Konzentrationen. Pflanzen, Cyanobakterien und Gr\u00fcnalgen nutzen die oxygene Photosynthese, um Sonnenlicht in chemische Energie umzuwandeln. Neben einigen anderen Mikroorganismen ist die einzellige Gr\u00fcnalge Chlamydomonas reinhardtii dar\u00fcber hinaus in der Lage, unter anaeroben Bedingungen Sonnenlichtenergie zur Produktion von molekularem Wasserstoff im Chloroplasten zu nutzen. Dabei werden Protonen (H+) und Elektronen (e-) auf Sauerstoff-sensitive Hydrogenasen (HydA1 und HydA2) \u00fcbertragen, welche die Produktion von molekularem Wasserstoff katalysieren. Die f\u00fcr diesen Prozess notwendigen Protonen (H+) und Elektronen (e-) k\u00f6nnen dabei entweder direkt vom wasserspaltenden Photosystem (PS) II stammen, oder ausgehend vom Abbau gespeicherter Biomolek\u00fcle (wie z.B. St\u00e4rke) den Hydrogenasen zugef\u00fchrt werden.Zur Verbesserung des Aufbaus von Biomasse und des Ertrags der Wasserstoffproduktion in Chlamydomonas reinhardtii sollen in meinem Projekt verschiedene molekulare Parameter der Versorgungsmechanismen der Hydrogenasen mit (H+) und (e-) untersucht und optimiert werden. Eine optimale Grundlage dieses Forschungsprojektes bietet die im Labor der AG PD Dr. Kruse hergestellte Wasserstoffproduktionsmutante Stm6, die in der Lage ist, je nach Bedingungen 4,5 – 13 mal mehr Wasserstoff als der Wildtyp zu produzieren. Damit konnte eine Erh\u00f6hung der Photonen\u00fcbertragungseffizienz (PCE-Rate; Prozentualer Anteil der Umwandlungsrate aufgenommener Lichtphotonen in H2) in Gr\u00fcnalgenkulturen von 0.1% auf ca. 1.6% erreicht werden. In zwei Projektmodulen soll der Aufbau von Biomasse und der Ertrag der Wasserstoffproduktion in Chlamydomonas reinhardtii untersucht und weiter optimiert werden.Im ersten Modul meiner Arbeit habe ich die Klonierung und Expression eines Zuckertransportergens (HUP1) in Stm6 erfolgreich durchgef\u00fchrt und die hergestellte Mutante charakterisiert (Doebbe et al., (2007), J. Biotechnol.). Dadurch konnte eine neue Zelllinie, Stm6Glc4, entwickelt werden, welche sowohl Wasser (66%) als auch Glukose (33%) zur H2-Produktion verwenden kann. Des Weiteren besitzt Stm6Glc4 eine deutlich erh\u00f6hte Kapazit\u00e4t zur Wasserstoffproduktion unter Glukose Zugabe. Stm6Glc4 produziert derzeitig etwa 50% mehr Wasserstoff als Stm6. Hierzu ist schon eine relativ geringe Menge an Glukose (1 mM) ausreichend. Die Zuf\u00fctterung von Glukose er\u00f6ffnet neue M\u00f6glichkeiten, Zuckerabfall aus der Zuckerrohr- und Zuckerr\u00fcbenindustrie energetisch sinnvoll zur Produktion eines Bio Kraftstoffs zu verwenden. Im zweiten Modul sollten die Metabolitspiegel (Metabolom) im Verlauf des Wasserstoffproduktionszyklus aufgenommen und analysiert werden, um zu verstehen, welche Anpassungsvorg\u00e4nge sich in der Gr\u00fcnalgenzelle w\u00e4hrend der H2-Produktion abspielen. Die Entwicklung der C. reinhardtii Zelllinie Stm6Glc4 bietet, auf Grund der nun m\u00f6glichen Aufnahme markierter Glukose, neue M\u00f6glichkeiten, metabolische Stoffwechselwege zu untersuchen. Diese F\u00e4higkeit soll genutzt werden, genauere Einblicke in die Stoffwechselprozesse zu erhalten welche ablaufen, wenn Glukose abgebaut und zur Produktion von Wasserstoff umgesetzt wird. Zudem k\u00f6nnen mit der neuen Mutante Genexpressionsanalysen durchgef\u00fchrt werden, um neue Zielgene zu identifizieren, welche f\u00fcr eine hohe Rate der H2 Produktion verantwortlich sind. Das Metabolom der Transformante Stm6Glc4 sollte zudem mit dem des Wildtyps verglichen werden, um potentielle Schl\u00fcsselmetabolite der H2-Produktion zu detektieren. Bislang werden Metabolomuntersuchungen \u00fcberwiegend mittels Gas-Chromatographie und anschlie\u00dfender Massenspektrometrie (GC-MS) durchgef\u00fchrt. Neben dieser Methode wurde im Rahmen meines Projekts erfolgreich eine neue Methode, GCxGC-TOFMS, etabliert, um die Anzahl der detektierbaren Metabolite zu erh\u00f6hen. Im Verlauf der H2-Produktion wurden einige wesentliche Ver\u00e4nderungen der Metabolitspiegel ersichtlich. Die Spiegel der Intermediate des Citratzyklus waren vor der H2-Produktion am h\u00f6chsten, die Intermediate der Glykolyse hingegen w\u00e4hrend der H2-Produktion. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass der Gehalt der freien Fetts\u00e4uren w\u00e4hrend der H2-Produktion stark anstieg.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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