Molekulare Wasserstoffumwandlung in phototrophen und heterotrophen Organismen mit synthetischen sauerstofftoleranten Hydrogenasen

• Antragsteller: Professor Dr. Bruno Bühler; Professor Dr. Lars Lauterbach
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550624628

Molekularer Wasserstoff wird ein Energieträger/eine Chemikalie der Zukunft sein. Seine Produktion, Speicherung und Nutzung ist jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden. Ansätze der mikrobiellen Biotechnologie bieten das Potenzial, H2 effizient zu produzieren und es für Zielreaktionen zu nutzen. Die Produktion über photosynthetische Wasseroxidation kann als idealer Weg angesehen werden, um H2 auf umweltfreundliche und kosteneffiziente Weise zu gewinnen. Seine Nutzung durch heterotrophe und cyanobakterielle Zellen hat das Potenzial, neue Ansätze für ökoeffiziente Redox-Bioprozesse zu ermöglichen. Dieses Projekt zielt darauf ab, eine O2-tolerante Hydrogenase für ihre Anwendung unter aeroben Bedingungen in heterotrophen und phototrophen Wirten zu erforschen und zu entwickeln. Die Cofaktor-Abhängigkeit der Hydrogenase soll so gestaltet werden, dass sie lichtgetriebene H2-Produktion in Cyanobakterien und/oder H2-getriebene Oxygenase- und Reduktase-Katalyse in vivo ermöglicht. Bei der Anwendung in bakteriellen Wirtszellen interagieren operative Hydrogenasevarianten und produktive Enzyme mit dem zellulären Stoffwechsel. Solche Wechselwirkungen werden mit dem Ziel untersucht, den zellulären Stoffwechsel und die Zielreaktionen in Einklang zu bringen und so effiziente und stabile Ganzzell-Biokatalysatoren zu entwickeln. Dazu gehört auch die Untersuchung von Elektronentransferwegen und Reaktionstechnik. Um die genannten Ziele zu erreichen, ist die Zusammenarbeit von Experten für Hydrogenase-Biochemie/Molekularbiologie, mikrobielle Physiologie, Photosynthese und Biotechnologie unerlässlich. Die Ergebnisse sollen auf vielfältige Weise Wege zu einer nachhaltigen Bioökonomie ebnen und neue Erkenntnisse über die Physiologie von Bakterien und die Photosynthese liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen