Mit zunehmend schrumpfenden Erdöl- und Erdgasvorkommen ist unter anderem die Automobilindustrie gezwungen, auf alternative Brennstoffe umzusteigen. Hybridmotoren oder Biokraftstoffe sind solche Varianten. Das sogenannte E10, das seit diesem Jahr auf dem Markt ist, besteht zum Beispiel zu zehn Prozent aus Bioethanol ? Alkohol, der aus Biomasse gewonnen wird und daher als Biokraftstoff gilt. Um die Herstellung dieser Bioethanol-Kraftstoffe effizienter zu machen, könnten in Zukunft Mikroben aus dem Kot von Pandas verwendet werden, wie Forscher um Ashli Brown von der Mississippi State University herausgefunden haben.
Biokraftstoffe werden aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Getreide, Holz, Zuckerrüben oder Raps gewonnen. Sie dienen unter anderem der Herstellung von Pflanzenöl-Kraftstoffen, Bioethanol, Biodiesel oder Zellulose-Ethanol. Dieser Alkohol ist chemisch identisch mit dem Bioethanol, allerdings verwenden die Hersteller dieses Kraftstoffs zusätzlich Zellulose als Ausgansmaterial. Sie ist ein lineares, in Pflanzen vorkommendes Polymer, das aus vielen Zuckerbausteinen besteht und in Pflanzen für Zug- und Biegefestigkeit der Pflanzen sorgt. Zellulose kann durch Enzyme von bestimmten anaeroben Mikroorganismen, die ohne Sauerstoff überleben können, in ihre Zuckerbausteine aufgespaltet werden. Der Zucker wird dann durch Vergärung in den Zellulose-Ethanol umgewandelt wird und kann dann als Biokraftstoff dienen.
Der Abbau der Zellulose ist momentan jedoch noch mit hohen Kosten verbunden und relativ ineffizient. So muss das Pflanzenmaterials unter anderem bei hohen Temperaturen vorbehandelt werden, damit das Spalten der Zellulose einfacher ist. Außerdem müssen mehr Enzyme, die beispielsweise von Pilzen stammen, zum Auseinanderschneiden der Zellulose eingesetzt werden, als bei herkömmlichem Bioethanol. Er wird aus Pflanzenstärke gewonnen, die ebenfalls in Pflanzen vorkommt und aus Zuckern aufgebaut ist. Sie ist aber für die Enzyme viel einfacher zu spalten.
Aufgrund der Kosten wird immer noch nach besseren und geeigneteren Verfahren gesucht, um die Zellulose nutzbar zu machen und zu Bioethanol umwandeln zu können.
Einem solchen Verfahren sind die Forscher um Ashli Brown nun möglicherweise auf die Spur gekommen: Sie entdeckten im Kot von Pandabären (Ailuropoda melanoleuca), Mikroben, deren Enzyme in der Lage sind, auch verholztes Pflanzenmaterial nahezu problemlos abzubauen.
Zwar ist schon länger bekannt, dass im Verdauungssystem von Rindern, Termiten und Pandabären Bakterien leben, die das gefressene holzige Pflanzenmaterial so abbauen können, dass die darin enthaltenen Nährstoffe nutzbar werden. Doch jetzt haben sich die Wissenschaftler intensiver mit diesen Bakterien beschäftigt: Über ein Jahr lang sammelten und analysierten sie die Fäkalien von Pandas im Zoo von Memphis. Insgesamt acht verschiedene Bakteriengruppen konnten sie dabei identifizieren, unter anderem die anaeroben Gattungen Bacteriodes und Clostridium. Sie sollen laut den Forschern eine Schlüsselrolle beim Abbau von Lignozellulose spielen, die vor allem in Pflanzen mit holzigen Teilen zu finden ist. Sie besteht aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin, das zusätzlich noch für Druckfestigkeit bei der Pflanze sorgt.
An einem Beispiel konnten die Wissenschaftler bereits die Abbauendenfähigkeiten des Pandakots zeigen: 24 Kilogramm Küchenabfälle wurden mit Pandakot behandelt. Nach vier Wochen waren die Abfälle auf weniger als ein Kilogramm reduziert. Das ergebe eine Abbaurate von 96 Prozent, sagen die Forscher
?Unsere Studien lassen darauf schließen, dass die verschiedenen Bakterienarten im Pandadarm effizienter sein könnten als Termitenbakterien, wenn es um den Abbau von Pflanzenmaterial geht und das wohl in einer Art und Weise, die besser ist für den Biokraftstoffherstellungsprozess?, erläutert Brown, Co-Autorin der Studie. Denn die Enzyme der Bakterien seien so aktiv, dass die Verwendung von hohen Temperaturen, scharfen Säuren oder hohen Drücken ? wie es bisher der Fall in der Biokraftstoffproduktion ist – nicht nötig sei.
Für die Zukunft heißt es nun, noch mehr Arbeit zu investieren, um die gefundenen Bakteriengruppen genauer zu charakterisieren, sowie weitere Verdauungsbakterien zu identifizieren, um die aktivsten Enzyme später isolieren zu können für die Biokraftstoffproduktion.
Für den Moment aber zeigen die Ergebnisse noch einen wichtigen Punkt: ?Die Entdeckung zeigt uns die Notwendigkeit auf, die Biodiversität zu erhalten und gefährdete Arten zu schützen?, sagt Brown und weist auf die weniger als 2.500 großen Pandas in der freien Wildbahn hin, sowie die 200 Exemplare in Gefangenschaft, die noch übrig geblieben sind.
Candace Williams (Mississippi State University) et al.: Beitrag auf dem Jahrestreffen der American Chemical Society in Denver wissenschaft.de – Tabea Osthues
