Biofuel aus Designer-Mikroben?

21. Oktober 2010

Als eine der wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten der Synthetischen Biologie gilt die Produktion von Biokraftstoffen. Denn die Designer-Organismen sollen Ethanol, Biogas oder Wasserstoff viel effizienter und umweltfreundlicher herstellen können als es mit den Lebewesen aus der Schöpfung erster Teil möglich ist. Bislang werden dazu jedoch keine gänzlich neuen Zellen synthetisiert, sondern synthetische Biologie wird benutzt, um per natürlicher Evolution entstandene Organismen für die Kraftstoffproduktion zu optimieren. Etwa indem man ihnen per Transfer synthetischer Gene ermöglicht, neue Stoffwechselwege oder Enzyme zu nutzen.

 

Craig Venters Firma Synthetic Genomics (San Diego) hat zum Beispiel Algen so verändert, dass sie aus Kohlendioxid und Sonne Lipide herstellen. Obwohl die Firma mit dem Ölkonzern BP kooperiert, prognostiziert Venter eine konzern-autarke Zukunft, in der jeder Haushalt seinen Biokraftstoff selbst produziert. An der Universität Frankfurt beispielsweise wird aus Stroh, Gras und Pflanzenabfällen der Biotreibstoff Ethanol hergestellt – mit Hilfe von Bierhefe, die per synthetischer Biologie so optimiert wurde, dass sie auch Xylose und Arabinose-Zucker in Ethanol umwandeln können.

Aber wie sicher sind diese „Synthi-Fuels“? Können die Designer-Mikroben in die Umwelt gelangen? Ist eine Energiewende mit Hilfe synthetischer, Bioenergie produzierender Mikroben überhaupt realistisch? Welche wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Folgen sind zu erwarten, wenn synthetische Organismen künftig unseren Sprit produzieren?

Wir haben die zentralen Fragen und Thesen auf einer Debattenkarte zusammengetragen.

  • Werden “Synthi-Fuels” überhaupt einen nennenswerten Beitrag zum Klimaschutz leisten können? Die bisherigen Argumente sprechen dagegen.
  • Welche Nebeneffekte gilt es bezüglich der Synthi-Fuels zu berücksichtigen? Der wichtigste Einwand: Unkontrollierte Verbreitung in der Umwelt. Kritiker fordern deshalb, dass nur in geschlossenen Systemen mit synthetischen Organismen gearbeitet werden dürfe. Könne dies nicht garantiert werden, solle man auf deren Einsatz verzichten. Damit wäre ihrer Meinung nach z.B. die Verwendung von Algen zur Produktion von Biokraftstoffen hinfällig.
  • Verteidiger der Synthetischen Biologie heben dagegen hervor, dass synthetische Organismen selten in besonderem Maße vermehrungsfähig sind. Trifft das auch z.B. für Algen zu?

Die Debattenkarte zeigt die Argumente im einzelnen:

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Zur Einführung: Die aktuelle Zwischen-Bilanz fasst den Stand der Debatte zusammen und führt durch die Karte.

16 Responses to Biofuel aus Designer-Mikroben?

  1. groetker on 22. Oktober 2010 at 10:38

    Then (2010) behauptet, dass mit Hilfe von synthetisch erzeugten Organismen gewonnene Biokraftstoffe nur einen kleinen Teil der insgesamt verbrauchten Treibstoffmenge ersetzen könnten. Trifft das zu? Gibt es dazu genauere Berechnungen?

  2. groetker on 22. Oktober 2010 at 10:40

    Synthetisch erzeugte Algen werden als Beispiel für die Risiken der neuen Technologie präsentiert. Sind andere Organismen ähnlich risiikobehaftet?

  3. groetker on 22. Oktober 2010 at 10:44

    "Auf Einsatz von Algen muss verzichtet werden." Ist diese Konklusion wirklich zwingend? Gibt es nicht berücksichtigte Argumente?

  4. groetker on 29. Oktober 2010 at 10:12

    Auf der Unterkarte "Nebeneffekte" wird behauptet: "Bei der Gewinnung von Synthi-Fuels ist die unkontrollierte Verbreitung von synthetischen Organismen in der Umwelt fast unvermeidbar." Trifft dies wirklich zu?

    • groetker on 29. Oktober 2010 at 10:13

      Markus Fischer, Entelechon GmbH (per Mail):
      Diese Behauptungen sind pauschal und wissenschaftlich ohne weitere Informationen nicht beleg- oder widerlegbar. Die Verbreitung synthetischer Organismen kann durch technische Massnahmen sehr gut unterbunden werden, genau wie dies z.B. bei der Fermentation gentechnisch veraenderter Organismen der Fall ist.

  5. groetker on 29. Oktober 2010 at 10:17

    Auf der Unterkarte "Nebeneffekte" wird zum Punkt "Gefährdugspotenzial" als Beleg eingebracht, dass synthetische Organismen gegenüber natürlichen Organismen Überlebens- und Fortpflanzungsvorteile aufweisen. (Details/Zitate: :http://www.synbio.fuerundwider.org/wp-content/uploads/maps/SynbioComp/details/141201802031288256780267_141201802031288254796394.html). Wamm trifft dies zu – wann nicht?

    • groetker on 29. Oktober 2010 at 10:18

      Markus Fischer, Entelechon GmbH (per Mail):
      Zu den Selektionsvorteilen synthetischer Organismen ist zu sagen, dass die allermeisten gentechnischen Veraenderungen, aber auch gezuechtete Laborstaemme von Mikroorganismen, erhebliche Selektionsnachteile gegenueber in der Wildbahn vorkommender Organismen haben. Es ist davon auszugehen, dass auch mittel- bis langfristig synthetische Organismen Selektionsnachteile gegenueber natuerlichen Organismen haben werden.

      • groetker on 29. Oktober 2010 at 10:21

        Können wir dazu konkrete Nachweise haben?

        • Markus Fischer on 29. Oktober 2010 at 11:30

          Dieser Punkt muss präzisiert werden: Zahlreiche gentechnisch veränderte Pflanzen haben tatsächlich Selektionsvorteile und eine höhere Fitness, z.B. wenn sie mit Schädlingsresistenzen ausgestattet sind. Hier ist aber zu bedenken, dass Ziel der gentechnischen Veränderung die Erhöhung der Fitness war. Bei der Erzeugung synthetischer Organismen für die Biokraftstoffproduktion würde man stattdessen auf eine hohe Kraftstoffausbeute abzielen, d.h. das biologische System stünde unter einer erheblichen Belastung für den Metabolismus, die nicht zur biologischen Fitness beiträgt, sondern sie herabsetzt.

          Anders als gentechnisch veränderte Pflanzen, bei denen nur eines oder wenige Gene eingebracht wurden, würde ein synthetischer Organismus erheblich umfangreichere Modifikationen des Genoms aufweisen, mit vmtl. höheren Fitness-Kosten.

          Veröffentlichungen, die eine reduzierte Fitness von gentechnisch veränderten Organismen nahelegen:

          Antimicrob Agents Chemother. 2002 May; 46(5): 1204–1211. doi: 10.1128/AAC.46.5.1204-1211.2002.
          http://www.i-sis.org.uk/LLGMT.php

          Devlin, R.H. and Donalson, E.M (1992) Containment of genetically altered fish with emphasis on salmonids. In: Hew, C.L. and Fletcher, G.L. (eds) Transgenic Fish. World Scientific, Singapore, pp. 229-265

          C. B. Purrington and J. Bergelson, Genetics, Vol 145, 807-814, Fitness Consequences of Genetically Engineered Herbicide and Antibiotic Resistance in Arabidopsis thaliana

  6. groetker on 29. Oktober 2010 at 10:20

    "Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion" wird als Nebeneffekt von Synthi-Fuels vorgebracht: http://www.synbio.fuerundwider.org/wp-content/upl
    Gibt es dazu gegenteilige Ansichten?

    • groetker on 29. Oktober 2010 at 10:21

      Markus Fischer, Entelechon GmbH (per Mail):
      Dieses Argument ist irrefuehrend, aus drei Gruenden: Erstens steht die Nahrungsmittelproduktion und ihre Flaechennutzung auch in Konkurrenz mit anderen Formen der Energiegewinnung (Stauseen fuer die Nutzung von Wasserkraft, Flaechen fuer Photovoltaik, Tagebau). Zweitens ist die Nahrungsmittelversorgung grosser Teile der Weltbevoelkerung nicht durch die begrenzten Produktionsflaechen, sondern durch wirtschaftliche und politische Verhaeltnisse beschraenkt. Drittens werden auch nicht-synthetische Pflanzen fuer die Kraftstoffproduktion eingesetzt, so dass dieses Problem keines ist, das auf synthetische Organismen beschraenkt ist.

      Darueber hinaus liegt es nahe, mittelfristig nicht hoehere Pflanzen fuer die Produktion von Kraftstoffen einzusetzen, sondern Mikroorganismen. Diese wuerden ohnehin auf anderen Flaechen fermentiert als Nahrungspflanzen.

  7. groetker on 29. Oktober 2010 at 10:30

    Als Bedingung für den Einsatz synthetischer Organismen wird eine detaillierte Analyse der betroffenen Stoffkreisläufe gefordert: http://www.synbio.fuerundwider.org/wp-content/upl
    Eine Kritiker gehen sind der Meinung, dass solange solche Analysen nicht vorliegen, ein Moratorium die kommerzielle Nutzung synthetischer Organismen beschränken sollte: http://www.synbio.fuerundwider.org/2010/10/28/deb
    Gibt es dazu Gegenmeinungen?

    • groetker on 29. Oktober 2010 at 10:31

      Markus Fischer, Entelechon GmbH (per Mail):
      Diese Vorschlaege halte ich fuer sinnvoll. Der Einsatz von synthetischen Organismen ausserhalb geschlossener Systeme sollte ueberdacht werden, sobald genuegend belastbare Daten fuer die Auswirkungen auf die Umwelt vorliegen und eine sorgfaeltige Technikfolgenabschaetzung durchgefuehrt wurde.

  8. Biosafety | Synthetische Biologie on 4. November 2010 at 08:36

    [...] Synthi-Fuels [...]

  9. admin on 4. November 2010 at 08:48

    “Synthetische Organismen, die in die Umwelt gelangen, haben ein hohes Gefährdungspotenzial.” Sind die Risiken andere als bei bloß gentechnisch veränderten Organismen?

    • admin on 4. November 2010 at 08:49

      Eckard Boles (Inst f Molekulare Biowiss, Ffm), per Mail:
      “Ob nun die heute existierenden Biokraftstoffe mit natuerlichen
      Organismen oder GVOs hergestellt werden, die daraus
      resultierenden Produkte sind die gleichen. Nur ihre Produktion ist
      effektiver.”

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