Mikrobieller Abbau von Kautschuk

Der Abbau von Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren) durch Mikroorganismen wird bereits seit dem frühen 20. Jahrhundert erforscht. Dennoch ist bisher nur wenig über die biochemischen Mechanismen bekannt. Da kautschukhaltige Abfälle in enormen Mengen anfallen, ist eine Nutzung und Rückführung in den Wertstoffkreislauf sehr interessant. Bisher konnten viele bakterielle Stämme isoliert werden, welche neben Naturkautschuk auch synthetischen Isoprenkautschuk (IR) als Kohlenstoff- und Energiequelle zu nutzen vermögen. Naturkautschuk (NR) wird aus dem Baum Hevea brasiliensis (a) gewonnen.  Diese Bakterien unterteilen sich in zwei Gruppen; Mitglieder der einen Gruppe wachsen in Flüssigkulturen adhäsiv auf dem Substrat wie zum Beispiel Gordonia und Nocardia (c), Bakterien der anderen Gruppe sekretieren offensichtlich Enzyme, welche auf festen Medien eine Aufklärung emulgierten Latex im Agar bewirken wie zum Beispiel Streptomyces sp. (b). Die Klärhof-bildenden Bakterien werden hauptsächlich repräsentiert durch Myzel-bildende Spezies der Gattungen Actinoplanes, Micromonospora und Streptomyces, während die adhäsiv-wachsende Gruppe nur Mycolsäure-haltige Spezies umfasst, welche fast ausschließlich zu den Gattungen CMN (Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia) gehören. Gegenstand der Untersuchungen ist die Identifizierung und Charakterisierung der im Kautschukabbau involvierten Enzyme und der kodierenden Gene, um kautschukhaltige Abfallstoffe biotechnologisch verwerten und zu hochwertigen Rohstoffe aufwerten zu können.

Dieses interessante Projekt untersucht unter Anderem die Spaltung von Poly(cis-1,4-isoprene) durch Lcp (Latex clearing protein) von Streptomyces sp. K30. Lcp-Homologe wurden in allen anderen Gram-positiven Kautschuk- oder Gutta Percha-abbauenden Bakterien identifiziert; Lcp ist daher in Actinobacteria offensichtlich generell für die Spaltung von Polyisoprenoiden verantwortlich.

 

Projektziele:

(1) Lcp wird über den Tat-Weg sekretiert, so dass die Aufreinigung des Proteins über verschiedene Protein-Methoden versucht wird. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Etablierung eines Enzymtest um Lcp und mutierte Varianten zu charakterisieren und dessen Regulation aufzuklären.

(2) Während der Spaltung von Poly(cis-1,4-isopren) wird Sauerstoff in die Abbauprodukte eingebaut. Ein Enzym-Aktivitätstest und die Kenntnis beteiligter Aminosäurereste werden es ermöglichen, den Mechanismus der Spaltungsreaktion aufzuklären. Dabei sollen mögliche Co-Faktoren und die 3D-Struktur von Lcp aufgeklärt werden.

(3) Funktion und Regulation einer putativen Aldehyd-Dehydrogenase, deren Gene (oxiA und oxiB)  stromabwärts von lcp liegen und die offensichtlich für die Oxidation der Spaltprodukte verantwortlich ist, sollen zusätzlich untersucht werden.