Physiologie und Biotechnologie der pflanzlichen Zelle

Wasserstoffmetabolismus in Cyanobakterian

 

 

Maximierung der H2 Produktion im Cyanobacterium

 

Synechocystis

 

Wasserstoff (H2) is ein wertvoller und umweltfreundlicher Energieträger, da der in der wohlbekannten „Knallgas-Reaktion” mit Sazerstoff zu reinem Wasser und Energie reagiert (Abbildung 1).

 

Abbildung 1: Reaktion von Wasserstoff (H2) mit Sauerstoff (O2) zu Wasser (H2O) und Energie.

 

Technologien, die H2 in Brennstoffzellen als alternative Energieträger z.B. in Autos verwenden, sind relativ ausgereift. The Produktion von Wasserstoff basiert jedoch noch immer vornehmlich auf fossilen Brennstoffen und ist daher nicht CO2 neutral. 

Cyanobakterien haben die oxygene Photosynthese entwickelt, wie sie auch aus Pflanzen bekannt ist. Einige Cyanobakterien besitzen eine Hydrogenase. Hydrogenasen sind Enzyme, die sowohl die Produktion als auch den Verbrauch von Wasserstoff katalysieren.

Unter bestimmten Bedingungen nutzen Cyanobakterien die Energie des Sonnenlichts um über die Photosynthese H2 zu produzieren. Die Energie des Sonnenlichts, die auf unseren Planeten fällt, überseigt bei weitem unseren Energiebdarf. Eine Technologie, welche das Sonnenlicht nutzt um H2 zu produzieren, und diesen H2 weiter verwendet um Energie und reines Wasser zu liefern, ist in höchstem Maße nachhaltig und umweltfreundlich. Während dieses Prozesses fällt kein CO2 an.

Abbildung 2: Photosynthetischer Elektronentransport in Cyanobakterien. Die Hydrogenase (H2ase) erhält Elektronen von Ferredoxin (Fdx) an Photosystem I (PSI) um Wasserstoff (H2) zu generieren.

 

Unser Untersuchungsorganismus ist das Cyanobakterium Synechocystis sp PCC 6803. Es ist der erste photoautotrophe Organismus dessen Genom 1996 komplett sequenziert wurde. Synechocystis ist einzellig und sein Genom lässt sich relativ einfach manipulieren.

Wir möchte die Physiologie der Wasserstoffproduktion in Cyanobakterien im Detail verstehen, um die Zellen dahingehend verändern zu können, dass sie maximal viel Wassersoff produzieren. Dies beeinhaltet Untersuchungen zum photosynthetischen Elektronentransport, den zentralen Kohlenhydratstoffwechsel und die Biochemie der Hydrogenase.