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Lexikon der Biologie: Poly-beta-hydroxyalkanoate

Poly-β-hydroxyalkanoate, Poly-3-hydroxyalkanoate (Abk. PHA), Bakterienlipid, in der Natur verbreitete Polyester aus bis zu 30.000 3-Hydroxyfettsäuremonomeren mit Kettenlängen zwischen 3 und 14 Kohlenstoffatomen. Bisher am ausführlichsten untersucht sind die aus β-Hydroxybuttersäure (3-Hydroxybuttersäure) aufgebauten Poly-3-hydroxybutyrate (PHB; Poly-β-hydroxybuttersäure). PHA werden von Prokaryoten bei einer erhöhten Versorgung mit Kohlenstoff- und Energiequellen und gleichzeitigem Mangel an Stickstoff , Schwefel oder Phosphor als Reservematerialien gespeichert, die bei Bedarf wieder als Kohlenstoff- und Energiequelle dienen können. Bei einigen Bakterien können diese Reservestoffe bis zu 80% der Zelltrockensubstanz ausmachen. Ihre Bildung geschieht oft vor dem Auftreten von Dauerformen wie Endosporen oder Cysten. Lichtmikroskopisch sind sie als helle Granula und elektronenmikroskopisch in Dünnschnittpräparaten als „leere“ Stellen (Herauslösen im Verlauf der Präparation) zu erkennen. Eine Isolierung aus den Zellen ist durch Extraktion bei höheren Temperaturen und anschließende Ausfällung (ausfällen) möglich. Die Polyester besitzen thermoplastische Eigenschaften, wobei wichtige Parameter wie die Schmelztemperatur, die Zähigkeit oder die Elastizität von der jeweiligen Zusammensetzung des Polymers abhängen, die sich ihrerseits durch die Kontrolle der Biosynthese steuern läßt. Aufgrund all dieser Eigenschaften sowie der ebenso wichtigen Tatsache, daß sie sich als reine Naturprodukte (ihre auch anzutreffende Bezeichnung als Bio2} erscheint deshalb unangebracht) biologisch abbauen lassen, sind PHA bei der Suche nach umweltfreundlichen Thermoplasten (Kunststoffe) von industriellem Interesse. Ein Mischpolymer aus 3-Hydroxybutyrat und 3-Hydroxyvaleriat ist bereits als Ausgangssubstanz für die Herstellung von Plastikbehältern auf den Markt gebracht worden. Anwendungen im medizinischen Bereich (chirurgisches Nahtmaterial, Gewebe, Einkapseln von Medikamenten zur Erhöhung der Depotwirkung usw.; Biomedizin, biomedizinische Technik) werden erprobt. Um die Ausbeute an PHA zu erhöhen und die Produktionskosten zu verringern, d.h. den Polyester gegenüber herkömmlich eingesetzten Kunststoffen konkurrenzfähiger zu machen, wurden zunächst die für die Synthese von PHB verantwortlichen bakteriellen Gene auf Pflanzen (Arabidopsis [Schmalwand], Raps, Zuckerrübe (Beta), Kartoffelpflanze) übertragen, die den Polyester tatsächlich bilden und in granulärer Form in die Zellen einlagern können (transgene Pflanzen). Die Steigerung der bislang noch geringen Ausbeute an PHB sowie die Erzeugung von Pflanzen, die andere PHA synthetisieren können, sind Ziele laufender Forschungstätigkeiten.

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