Bioökonomie International 2015: COUGH - Verbesserte, nachhaltige und umweltfreundliche Wasserstoffgasproduktion durch aerobe, thermophile, CO-oxidierende und hydrogenogene Geobacillus thermoglucosidans; Teilprojekt KIT

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer neuen mikrobiologischen Methode zur nachhaltigen, kosten-effektiven und umweltfreundlichen Produktion von Wasserstoff aus Industrie-Abgasen und Synthesegasen ohne vorherige Entfernung von Rest-Sauerstoff. Anaerobe, thermophile, CO-oxidierende Mikroorganismen können mit der Wasser-Gas-Shift-Reaktion, CO aus Synthesegas und Industrie-Abgasen in H2 umwandeln. Sie nutzen hierzu den Enzymkomplex aus einer CO-Dehydrogenase und einer Energie-konvertierenden-Hydrogenase (ECH). Mit Hilfe genomischer Analysen konnte die Anwesenheit einer ECH in dem aeroben thermophilen Geobacillus thermoglucosidans nachgewiesen werden und unsere Vorversuche zeigten, dass dieses Bakterium tatsächlich auch unter aeroben Bedingungen CO zu Wasserstoff umwandeln kann. Daher könnte sich dieser Stamm für einen Prozess zur kommerziellen H2-Produktion aus Industrie-Abgasen ohne vorherige Entfernung von Rest-Sauerstoff eignen. Zunächst soll das Wachstums und die H2-Produktion verschiedener Stämme von G. thermoglucosidans charakterisiert und auf die H2-Bildung hin in Fermentationen von 250 ml bis 15 L optimiert werden. Der optimale Stamm soll genetisch charakterisiert und die CODH- und ECH-Gene hinter einen starken Promoter kloniert werden, um die Expression zu optimieren. Die biochemischen Eigenschaften und die Expression des CODH-ECH-Enzym-Komplexes sollen unter verschiedenen Wachstumsbedingungen charakterisiert werden. Die in diesem Stamm vorhandenen Mikrokompartimente sollen aufgereinigt und in Bezug auf die H2-Bildungsfähigkeit hin untersucht werden. Die Proteinreinigung muß wegen des wahrscheinlich O2-empfindlichen CODH-ECH-Enzym-Komplexes unter anaeroben Bedingungen erfolgen. Andere O2-empfindliche Enzyme sollen in den Mikrokompartimenten exprimiert werden. Abschließend soll der genetisch optimierte Stamm unter optimierten Fermentationsbedingungen im großen Maßstab fermentiert werden und der Gasverbrauch sowie die Ausbeute bestimmt werden.