Gelbe Naturfarbstoffe aus Licht und CO2

Forschenden der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es gelungen, gelbe Naturfarbstoffe aus Kohlendioxid und Lichtenergie herzustellen. Dazu nutzten sie Cyanobakterien, denen Gene aus Roter Bete übertragen wurden. Wie das Team in der Fachzeitschrift »Metabolic Engineering« berichtet, lassen sich die nachhaltigen Naturfarbstoffe mit antioxidativer Wirkung auch in Nahrungsmitteln oder Kosmetik einsetzen.

Nachhaltige Pigmente statt synthetischer Zusatzstoffe

»Bei Lebensmittelfarbstoffen gibt es einen Trend in der Nachfrage, der weggeht von synthetischen Farbstoffen hin zu natürlichen Alternativen«, erklärt Julie Zedler, Juniorprofessorin für Synthetische Biologie photosynthetischer Organismen der Universität Jena. Das macht auch die gelben und orangenen Farbstoffe aus der Gruppe der Betaxanthine interessant, welche bislang aus Pflanzen gewonnen werden. »Die Farbstoffgewinnung aus Pflanzen konkurriert jedoch mit der Nahrungsmittelproduktion. Wir brauchen also Alternativen, um diese natürlichen Pigmente kontrolliert und nachhaltig produzieren zu können«, führt Zedler weiter aus. Gemeinsam mit der Universität Kopenhagen entwickelte sie daher ein alternatives Produktionssystem auf Basis von Cyanobakterien.

Produktion allein mit Licht und Kohlendioxid

Die Forschenden übertrugen dazu gezielt Gene aus Roter Bete (Beta vulgaris) in das Photosynthese-betreibende Bakterium Synechocystis. »Im Unterschied zu etablierten biotechnologischen Verfahren mit Hefen oder Bakterien arbeiten unsere Cyanobakterien im Prinzip wie kleine solargetriebene Fabriken«, sagt Zedler weiter. »Sie wandeln mit Licht Kohlendioxid direkt in hochwertige Naturfarbstoffe um – und das ganz ohne Zugabe von Zuckern oder Aminosäuren.«

Durch gezielte Stoffwechselanpassungen und optimierte Kultivierungsbedingungen steigerten die Forschenden die Ausbeute an Pigmenten deutlich. Am Ende erreichten sie eine rund 165-fach höhere Pigmentproduktion als zu Beginn der Versuche. »Das ist ein wichtiger Schritt hin zu einer skalierbaren, nachhaltigen Herstellung für die Industrie«, führt Zedler weiter aus.

Relevanz für Ernährung und Umwelt

»Betaxanthine sind nicht nur Farbstoffe, sondern sie wirken auch als Antioxidantien«, ergänzt Zedler. »Sie könnten daher synthetische Zusatzstoffe in Lebensmitteln ersetzen und gleichzeitig einen ernährungsphysiologischen Mehrwert bieten.« Langfristig sehen die Forschenden auch Anwendungsmöglichkeiten in der Lebensmittelverpackung oder in der Kosmetik.

Die Arbeit unterstreicht zugleich die Stärke der Universität Jena im Bereich der mikrobiellen und synthetischen Biologie. »Cyanobakterien bieten ein enormes Potenzial für eine klimafreundliche Biotechnologie«, sagt Projektleiterin Prof. Dr. Julie Zedler von der Uni Jena.

Auszeichnung für Nachwuchsforscherin

Für ihre Forschung wurde die Erstautorin der Arbeit, Sayali Hanamghar, zudem mit dem ersten Platz beim »Three Minute Thesis«-Wettbewerb 2025 der Universität Jena ausgezeichnet. Dabei präsentierte sie ihr Promotionsprojekt einer breiten Öffentlichkeit in nur drei Minuten.