Projekt 2014

Bioenergie – Solarstrom aus Pflanzenpigmenten

Im Mittelpunkt des aktuellen Projektes steht die Stoffklasse der „Anthocyane“. Diese Farbstoffe, die Früchte und Blüten in vielfältigem Licht erscheinen lassen, haben ein weitaus größeres Spektrum als man als man ihnen zunächst ansieht.

Ebenso attraktiv, wie Anthocyane fürs Auge sind, sind sie es auch für die Gesundheit.

Sie werden oft gelobt für ihre antioxidative Wirkung und können sogar das Risiko bestimmter Krebserkrankungen senken; noch wichtiger jedoch ist ihre Verwendung in der Herstellung von Medikamenten. Anthocyane dienen dabei als Vorläufer und Ausgangsstoffe für verschiedene Medikamente und andere Feinchemikalien.

Viele Farbstoffe müssen aufwendig hergestellt werden, teilweise unter umweltbelastenden Bedingungen. Die Alternative natürliche Farbstoffe zu nutzen, ist häufig zu teuer, da die Gewinnung umständlich ist. Unser diesjähriges iGEM-Projekt wird eine umweltfreundliche, kostengünstige und einfache Lösung für dieses Problem bereit stellen.

In der Technik können Anthocyane sinnvoll für die Herstellung von Farbstoff-Solarzellen werden. Diese Solarzellen, die auch nach ihrem Erfinder „Grätzel-Zellen“ genannt werden, nutzen zur Umwandlung der Lichtenergie in Strom keine Halbleitermaterialen, sondern Pigmente. Durch die Verwirklichung unseres Projekts können Anthocyane einfach und schnell gewonnen werden. Weiterhin können die Farbstoff-Solarzellen mit einem regenerativen Farbstoff günstig hergestellt werden.

Im Laufe des iGEM-Projektes werden die Pflanzenpigmente mit Hilfe von Bakterien hergestellt. Die Bakterien verarbeiten ihre Nährstoffe und stellen dabei den Farbstoff her, der in die Umgebung abgegeben wird. Dadurch wird die „Produktion“ günstig und effizient, da der Farbstoff einfach aus den Zellen fließt. Im Folgenden werden die Bakterien als Farbstoff-Lieferant für eine Farbstoff-Solarzelle dienen. Das öffnet den Zugang zu einer besonders nachhaltigen und umweltfreundlichen Form der Bioenergie.

Verschiedene Hürden müssen überwunden werden, bis aus der Idee Realität wird. Beispielsweise kann das Zwischenprodukt Anthocyanidin in den Bakterienzellen dimerisieren, wodurch es ausfällt und die Zellen tötet. Um das zu verhindern, muss das Anthocyanidin möglichst schnell weiterverarbeitet werden, bevor toxische Effekte auftreten.

Zusätzlich müssen die Prozesse in den Zellen koordiniert werden, wofür ein Proteingerüst aufgebaut werden soll, das die wichtigsten Enzyme in räumliche Nähe bringt. Durch dieses Fließband-Prinzip wird der metabolischen Fluss erhöht und somit die Produktion beschleunigt.