Gewinnen und Recyclen von Phosphaten

Phytase-Screeningverfahren entwickelt

Forscherinnen und Forscher der Universität Göttingen haben eine Methode entwickelt, um neue Enzyme aus der Umwelt aufzuspüren, mit denen Phosphat freigesetzt werden kann. Diese eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung und Optimierung von Phytase-basierten Prozessen für die industrielle Anwendung, die Biotechnologie und im Bereich umweltverträglicher Technologien. 

Wissenschaftler kontrolliert bakterielles Wachstum nach Phytase-Screening. © Uni Göttingen, G. A. Castillo Villamizar

Um organisch gebundenes Phosphat nutzen zu können, sind Enzyme wie Phytasen und Phosphatasen nötig. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Rolf Daniel vom Institut für Mikrobiologie und Genetik der Universität Göttingen erarbeitet standardisierte Methoden, um neuartige Phosphatasen und Phytasen aus komplexen Umweltproben zu isolieren. „Die derzeit kommerziell eingesetzten Phytasen stammen aus der Kultivierung einzelner Stämme von Mikroorganismen“, so Daniel. „Dabei wird viel Potenzial zur Entwicklung neuer, effektiverer Prozesse durch den Einsatz verbesserter Enzyme verschenkt.“

Phosphate werden als Düngemittel in großen Mengen in der konventionellen Landwirtschaft eingesetzt. Die zunehmende Erschöpfung der natürlichen Phosphor-Ressourcen und die Belastung der Phosphor-Lagerstätten mit Schwermetallen machen neue Strategien zur Gewinnung und zum Recycling von Phosphaten dringlicher.

Screeningverfahren mit Genbibliotheken

Die neue Methode basiert auf der Durchmusterung von eigens konstruierten Genbibliotheken aus dem gesamten Genpool von Organismen in verschiedenen Lebensräumen. Die Forscher entnehmen dafür Proben aus Sedimenten und Erdreich und klonieren die Gesamt-DNA. Dann beobachten sie, welche Aktivitäten sich in diesen Genbibliotheken entwickeln. Dabei kommt ein innovatives Screeningverfahren zur Anwendung, in dem Phytat als Phosphatquelle dient. So konnten sie die bislang größte mittels funktioneller Metagenomik erzielte Vielfalt an Phosphatasen und Phytasen identifizieren, darunter auch neue Phytase-Subtypen mit bislang vollkommen unbekannten funktionellen Gruppen und neuen Eigenschaften.

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Phosphatasen und Phytasen sind natürliche Biokatalysatoren, die eine zentrale Rolle bei vielen Stoffwechselprozessen spielen und zur Freisetzung von organisch gebundenem Phosphat beitragen. Phytasen sind dabei auf den Abbau der in Getreide und vielen anderen Pflanzen vorkommenden Phytaten spezialisiert. Sie werden bereits in der Futtermittelindustrie als Zusatzstoff des Futters verwendet, um bei der Fütterung von Nicht-Wiederkäuern wie Schweinen oder auch Geflügel zu verhindern, dass das natürlich in der pflanzlichen Nahrung enthaltene Phosphat ungenutzt den Darm passiert, in die Gülle abgegeben wird und zu einer beträchtlichen Umweltbelastung führt. Daher wird besonders den Phytasen ein großes Marktpotenzial zugemessen.

Originalveröffentlichung: Genis Andrés Castillo Villamizar et al. Functional Metagenomics Reveals an Overlooked Diversity and Novel Features of Soil-Derived Bacterial Phosphatases and Phytases. mBio 2019. https://doi.org/10.1128/mBio.01966-18.

Quelle: Uni Göttingen

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