Wissenschaftler nutzen einen Bakterienstamm aus Baumschnittabfällen für nachhaltige Bioprodukte

Forscher aus Argentinien und Spanien haben in Olivenbaumschnittabfällen einen Bakterienstamm namens Rhodococcus sp. 24CO entdeckt, der Potenzial für biotechnologische Anwendungen bietet.

Forscher aus Argentinien und Spanien haben das Potenzial eines Bakterienstamms aus Olivenbaumschnittabfällen für biotechnologische Anwendungen aufgezeigt. 

Die in der Fachzeitschrift „Fermentation“ veröffentlichte Studie baut auf Forschungsergebnissen auf, die 2022 auf dem XVII. Argentinischen Kongress für Allgemeine Mikrobiologie vorgestellt wurden.

Der betreffende Stamm, Rhodococcus sp. 24CO, wandelt verschiedene Kohlenstoffquellen effizient in neutrale Lipide, insbesondere Triacylglyceride, um und reichert bis zu 47 Prozent seiner Biomasse als Nahrungslipid an. 

Siehe auch: Studie entdeckt Potenzial für Abwasser aus Olivenmühlen bei Biopestiziden

Die mikrobielle Triacylglycerol-Synthese hat in letzter Zeit aufgrund ihres Potenzials zur Herstellung nachhaltiger, hochwertiger Produkte aus Abfallstoffen große Beachtung gefunden. Zu diesen Produkten gehören Biokraftstoffe, Reinigungsmittel, Düngemittel, Kosmetika und pharmazeutische Inhaltsstoffe.

Rhodococcus sp. 24CO wurde aus den Blättern von Frantoio-Sorten an der Ostküste Südpatagoniens isoliert. Viele Rhodococcus-Arten sind für ihre Fähigkeit bekannt, hartnäckige und gefährliche Schadstoffe wie Pestizide, Herbizide und radioaktives Material abzubauen sowie durch ihre Fähigkeit, billige Substrate in wertvollere Verbindungen umzuwandeln.

Um die Eigenschaften und Fähigkeiten des Stammes zu bewerten, unterzogen die Forscher ihn verschiedenen Tests.

In der Kultivierung konnte 24CO auf vier der 50 getesteten Kohlenstoffquellen wachsen, darunter Fructose, Mannit, Sorbit und Arabit. Die ersten beiden, die natür­lich in Olivenblättern vorkommen, führten zu Tria­cy­gly­ce­rin-An­sammel­ungen von bis zu 47 Prozent bzw. 28 Prozent des zell­ulären Trocken­gewichts.

Eine hohe Produktion neutraler Lipide aus Mannit trat auch in Stickstoff auf, was nach Ansicht der Autoren ein bisher nicht beschriebener Effekt ist und industriell relevant ist, da dies bedeutet, dass der Stamm eine hohe Biomasse produzieren würde und gleichzeitig große Mengen an Triglyceriden produzieren würde.

Die chemische Analyse von frischen und entwässerten Blattextrakten aus Olivenbaumschnitt ergab hohe Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnisse, was auf die Eignung für die Lipidproduktion hindeutet. 

Weitere Kulturen bestätigten dies und lieferten mehr als 20 Prozent des zellulären Trockengewichts als neutrale Lipide mit dem entwässerten Aufguss und acht Prozent mit dem frischen Aufguss. Die mit dem erstgenannten Medium produzierten Triacylglyceride ähnelten denen aus der Mannitol-Kultivierung.

Darüber hinaus wurden in beiden Kulturen geringe Mengen an Polyhydroxybutyrat nachgewiesen, einem Polymer, das für die Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe von Interesse ist. Die Genomanalyse von Rhodococcus sp. 24CO bestätigte dessen Potenzial zur Synthese dieser Polymere.

Die Analyse ergab ferner signifikante genetische Unterschiede zwischen 24CO und Rhodococcus sp. RHA1, einem der am besten untersuchten Vertreter der Gattung. 24CO fehlten mehrere Gene, die mit dem Redox- und Stickstoffstoffwechsel in Verbindung stehen und in RHA1 vorhanden sind; diese werden typischerweise unter lipidproduzierenden Bedingungen aktiviert. Das Fehlen dieser Gene schien die Lipidakkumulation von 24CO nicht zu beeinträchtigen, was auf alternative Regulationsmechanismen hindeutet.

Obwohl festgestellt wurde, dass 24CO über weniger Wachsester-Enzyme verfügt als RHA1, waren seine Lipidausbeuten denen des erstgenannten Stammes gleich oder überlegen. Dies deutet darauf hin, dass die für die Triacylglycerin-Biosynthese in diesem Stamm verantwortlichen Enzyme möglicherweise effizienter sind. Enzyme des Kennedy-Stoffwechselwegs waren jedoch vollständig vorhanden und wiesen eine hohe Redundanz auf.

Nach der Ermittlung geeigneter Umweltbedingungen für die Art kamen die Forscher zu dem Schluss, dass sie bei Temperaturen zwischen 4 °C und 30 °C überleben und sich vermehren kann, wobei die optimale Temperatur bei 28 °C liegt. 

Versuche zu Salzgehalt und pH-Wert zeigten, dass sie bis zu fünf Gewichtsprozent Natriumchlorid bei einem pH-Wert von sechs bis zehn, also leicht sauer bis basisch, vertragen konnte. 

Die Autoren stellen zudem fest, dass die Blattoberflächen in Patagonien eine raue Umgebung darstellen, die hoher UV-Strahlung, niedrigen Nährstoffgehalten und Austrocknung ausgesetzt ist.

Obwohl viele Initiativen zur Reduzierung und Wiederverwendung von Olivenabfällen im Gange sind, wird der Großteil der Oliven-Schnittabfälle nach wie vor verbrannt. 

Allein in Spanien fallen jährlich etwa 1,25 Millionen Tonnen Laub durch den Baumschnitt an. Die Forscher glauben, dass Rhodococcus sp. 24CO ein vielversprechender Kandidat für die Umwandlung dieser enormen Biomasse in nachhaltige und wertvolle Produkte ist, vor allem durch die Triacylglycerin-Biosynthese.