Potential von laccaseartigen Enzymen aus Bodenalgen für umweltbiotechnologische Anwendungen und Funktion für Bodenprozesse

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Benjamin Otto

Bodenalgen tragen als Primärproduzenten und aufgrund ihrer erosionsmindernden Eigenschaften zur Bildung und Stabilisierung von Böden bei und sind darüber hinaus am Ab- und Umbau natürlicher organischer Verbindungen und von Schadstoffen beteiligt. Die Fähigkeit von Algen zur Biodegradation diverser Umweltschadstoffe fand in den vergangenen Jahren zunehmendes Interesse, in erster Linie jedoch im Hinblick auf aquatische Algen, während über entsprechende Fähigkeiten von Bodenalgen kaum Daten vorliegen. Zudem sind die bei diesen Abbauprozessen beteiligten Enzyme bisher nicht beschrieben worden. Während vorangegangener Untersuchungen konnten wir erstmalig ein laccaseartiges Enzym bei Bodenalgen beschreiben [1]. Laccasen sind bodenökologisch und biotechnologisch wichtige kupferhaltige Oxidasen, welche bisher u.a. in höheren Pflanzen und Pilzen beschrieben wurden und eine Vielzahl phenolischer und nichtphenolischer Substrate, darunter sowohl natürliche organische Verbindungen als auch xenobiotische Umweltschadstoffe, oxidieren. Bei dem laccaseartigen Enzym aus der Boden-Grünalge Tetracystis aeria handelt es sich um ein extrazelluläres Enzym mit erstaunlich hohen, alkalischen pH-Optima bei der Oxidation phenolischer Laccasesubstrate, wie sie nur von sehr wenigen Laccasen anderer Organismen bekannt sind. Diese Eigenschaft kann für vielfältige potentielle Anwendungen des Enzyms, z.B. zum Schadstoffabbau bei der Behandlung industrieller Abwässer und belasteter Böden oder zum Aufschluss lignozellulosehaltiger Substrate bei der Bioenergiegewinnung, sehr vorteilhaft sein. Um das Potential des neuen laccaseartigen Enzyms für umweltbiotechnologische Anwendungen zu erfassen, soll es hinsichtlich seiner funktionellen und strukturellen Eigenschaften umfassend charakterisiert werden. Im Hinblick auf eine mögliche Nutzung für Dekontaminationsprozesse soll insbesondere die Abbaubarkeit wasser- und bodenrelevanter Umweltschadstoffe (u.a. endokrine Disruptoren wie Nonylphenol und Bisphenol, Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe und synthetische Farbstoffe) untersucht werden. Weiterhin soll die Fähigkeit des Enzyms zum Aufschluss lignozellulosehaltiger Biomasse, mit dem Ziel einer verbesserten bioenergetischen Nutzung z.B. bei der Biogasgewinnung, untersucht werden. Lignin kann nur durch wenige Mikroorganismen bzw. deren Enzyme effizient depolymerisiert werden. In nativem Zustand verhindert es eine effiziente Verwertung von Lignozellulosen wie Weizenstroh bei der Bioenergiegewinnung. Daher ist eine Vorbehandlung der Biomasse zur Entfernung des Lignins notwendig, wobei Laccasen eine energieeffiziente und umweltverträgliche Möglichkeit bieten können. Überdies sollen aus der Untersuchung des Enzyms Rückschlüsse auf die Funktion von Bodenalgen und ihren Enzymen für Bodenprozesse (Transformation von Umweltschadstoffen und natürlichen organischen Verbindungen in Böden) erhalten werden. Um zudem die Voraussetzung für eine ökonomisch effiziente Bereitstellung ausreichender Enzymmengen für technische Prozesse zu schaffen, soll das für das Enzym codierende Gen identifiziert und mittels geeigneter Expressionssysteme heterolog exprimiert werden.[1] Otto, B; Schlosser, D.; Reisser, W. (2010) First description of a laccase-like enzyme in soil algae. Arch Microbiol 192:759–768 (http://dx.doi.org/10.1007/s00203-010-0603-7)

Förderzeitraum:
01.06.2010 - 31.05.2013

Institut:
Universität Leipzig
Institut für Biologie I
Allgemeine und Angewandte Botanik

Betreuer:
Prof. Werner Reißer

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Publikationen:

Laccaseartige Enzyme aus Bodenalgen
Laccaseartige Enzyme aus Bodenalgen