Kassel/Bochum (Labnews Media LLC) – Forschende der Universität Kassel, der Ruhr-Universität Bochum und der Universidade Nova de Lisboa haben Hydrogenase-Enzyme in Cyanobakterien gezielt optimiert, um die biotechnologische Wasserstoffproduktion deutlich zu verbessern. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie International Edition veröffentlicht.
Hydrogenasen sind Enzyme, die Wasserstoff aus Protonen und Elektronen erzeugen. Bei der photosynthetischen Wasserstoffproduktion in Cyanobakterien wird ihre Aktivität jedoch stark durch den gleichzeitig entstehenden Sauerstoff gehemmt. Bisherige Ansätze zur Sauerstoffentfernung waren oft ineffizient oder erforderten zusätzliche Chemikalien.
Das internationale Team entwickelte eine Methode, bei der genetisch modifizierte Cyanobakterien-Mutanten verwendet werden, in denen die Hydrogenase direkt an das Photosystem I der Photosynthese gekoppelt ist. Diese genetische Fusion ermöglicht eine effizientere Elektronenübertragung und schützt das Enzym vor Sauerstoffinaktivierung. Die Zellen wurden zusätzlich in ein Redoxpolymer eingebettet, das durch elektrochemische Steuerung eine sauerstoffarme Mikroumgebung um die Zellen herum erzeugt.
Die optimierten Mutanten zeigten eine deutlich längere und stabilere Wasserstoffproduktion im Vergleich zu Wildtyp-Zellen. Die Methode kombiniert die natürlichen Vorteile lebender Zellen, wie Selbstreparatur und kontinuierliche Regeneration, mit der Präzision elektrochemischer Systeme.
Die Forschenden sehen in dieser Optimierung einen wichtigen Schritt hin zu einer nachhaltigen und skalierbaren biotechnologischen Wasserstoffproduktion. Langfristig könnte der Ansatz zur Entwicklung biophotovoltaischer Systeme beitragen, die Sonnenlicht direkt und effizient in grünen Wasserstoff umwandeln. Die Arbeit wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und die Dietmar-Hopp-Stiftung gefördert.
Originalpublikation:
Originalpublikation: Wang, P., Paul, F., Boehm, M., Appel, J., Gutekunst, K., Schuhmann, W., Conzuelo, F. (2026). Electrochemical Protection of Cyanobacterial Cells against Molecular Oxygen Enables Sustainable Photo-H? Production. Angewandte Chemie International Edition, 65, e202422882.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202519077
