Mit Gentechnik manipulierte Bäume liefern besseres Holz

Eine Studie aus dem Jahr 2022 hat gezeigt, dass Bäume heutzutage größer sind als früher. Obwohl sie wegen des höheren CO2-Anteils um gut 30 Prozent größer sind, ist die Holzfaser-Produktion schlechter. Holzfasern werden aber mehr denn je benötigt, um nachhaltige Produkte, von Werkmaterial über Karton und Papier bis zu Windeln und Kleidung, herzustellen.

Ein Team von Forschenden hat deshalb untersucht, wie sich das ändern lässt. Ihr Ansatz ist, durch Genmanipulation mittels CRISPR das Holz der Bäume besser für die industrielle Nutzung zu machen.

Weniger Lignin für effizientere Fasergewinnung

Das Schlüsselelement dafür ist Lignin. Dabei handelt es sich um ein Biopolymer in Holz. Um Holzfasern zu gewinnen, muss Lignin abgespalten und aufgelöst werden. Das ist nicht nur zeit- und kostenintensiv, sondern erzeugt auch Abfallprodukte, wie etwa Schwarzlauge.

Das Ziel der Studie der Forschenden war, durch Genmanipulation Bäume zu züchten, die einen geringeren Lignin-Anteil haben. Ähnliche Versuche gab es bereits früher. Die waren aber nicht zielführend, weil nur einzelne Gene oder Genfamilien modifiziert wurden.

KI hat Strategien für die Genmanipulation erstellt

Mit der Genschere CRISPR ist es aber nun möglich, mehrere Gene auf einmal zu verändern, um das gewünschte Resultat zu erzielen. Das Forschungs-Team hat eine KI 69.000 multigenetische Manipulations-Strategien berechnen lassen. Alle zielen auf 21 Gene ab, die wichtig für die Lignin-Produktion sind.

➤ Mehr lesen: Wie funktioniert die Genschere CRISPR?

Die Ergebnisse wurden dann anhand der niedrigsten Lignin-Werte und der besten Kohlenhydrate/Lignin-Verhältnisse sortiert. Kohlenhydrate sind beim Baum Zellulose und Hemicellulosen. Diese Werte würden, so die Vermutung der Forschenden, den Sweet Spot für die gesteigerte Holzfaser-Produktion ergeben.

Die Forschenden haben so die 7 besten Genmanipulations-Strategien ausgewählt. Diese versprachen, sofern das Experiment gelingt, Bäume zu kreieren, die 35 Prozent weniger Lignin haben und ein um 200 Prozent besseres Kohlenhydrate/Lignin-Verhältnis.

Bis zu 50 Prozent weniger Lignin

Jetzt nutzten sie CRISPR, um 174 genmanipulierte Pappeln herzustellen. Diese wurden angepflanzt und wuchsen 6 Monate in einem Gewächshaus. Danach wurden sie geerntet und analysiert.

Einige Bäume zeigten einen um 50 Prozent reduzierten Lignin-Anteil an. Andere hatten ein um 228 Prozent besseres Kohlenhydrate/Lignin-Verhältnis.

Laut den Forschenden war die Lignin-Reduktion am höchsten bei Bäumen, bei denen 4 bis 6 Gene modifiziert wurden. Bei 3 Genen betrug die Reduktion nur bis zu 32 Prozent. Bei Bäumen, bei denen nur ein Gen verändert wurde, gab es keine signifikante Reduktion.

➤ Mehr lesen: „Supertrees“: Mit genmanipulierten Bäumen gegen die Klimakrise

Mehr Zellulose und weniger CO2

Das Forschungs-Team hat berechnet, wie sich solche CRISPR-Bäume auf die Industrie auswirken könnten. Der reduzierte Lignin-Anteil im Holz senkt den Trockenmasseanteil der Schwarzlauge. Dadurch wird der sogenannte Rückgewinnungskessel, in diesem bei der Holzstoff-Produktion die zuvor eingedickte Schwarzlauge verbrannt wird, entlastet. Dieser wird als Flaschenhals in der Holzstoff-Produktion gesehen. Laut den Forschenden könnten die CRISPR-Bäume so die Produktionskapazität einer Holzstoff-Fabrik um 20 bis 40 Prozent steigern.

Das höhere Kohlenhydrate/Lignin-Verhältnis bedeutet, dass weniger Bäume nötig sind, um die selbe Menge an Zellulose herzustellen. Das heißt, es wird auch weniger CO2 bei der Produktion freigesetzt. Etwa die Hälfte des Baums bzw. Holz wird nämlich bei der Produktion verbrannt, wodurch CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird. Würden CRISPR-Bäume genutzt werden, könnte laut den Forschenden der CO2-Ausstoß um bis zu 20 Prozent reduziert werden.

Nächste Schritte

Zunächst werden die Forschenden weitere Versuche in Gewächshäusern machen. Danach hoffen sie bei Feldtests die CRISPR-Bäume im Freien anzupflanzen, um zu sehen, wie sie mit Umwelteinflüssen zurecht kommen. Sollten die Ergebnisse vielversprechend sein, stehen Langzeittests an, um zu sehen, wie sich die Bäume im Laufe des Wachstums verändern und ob sie Einflüsse auf die Flora und Fauna in ihrer Umgebung haben.