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Das Monoterpen Perillasäure ist ein Naturprodukt und wirkt bereits in geringer Dosis gegen das Wachstum von Bakterien, Hefen und höheren Pilzen. Dabei weist es ein deutlich geringeres allergenes und hautsensibilisierendes Potenzial auf als herkömmliche Konservierungsmittel. Als solche finden sich in Kosmetikprodukten derzeit vor allem formaldehydfreisetzende Substanzen wie Imidazolidinyl- oder Diazolidinylharnstoff. Oft werden auch Parahydroxybenzoesäureester, Parabene, eingesetzt, die ein relativ geringes Allergiepotenzial besitzen. Sie können bei Menschen mit vorgeschädigter Haut aber durchaus allergische Reaktionen auslösen.
In der Natur kommt Perillasäure vor allem als β-Glucosid in der Schwarznessel vor, eine aus Asien stammende Heil- und Gewürzpflanze. In kleiner Menge ist die Säure auch Bestandteil ätherischer Öle aus Zitronengras und Schwarznessel; die geringe Konzentration und der hohe Aufwand machen jedoch eine Extraktion unwirtschaftlich. Synthetisch ist Perillasäure aus β-Pinen zugänglich, allerdings in relativ geringer Ausbeute und unter hohen Kosten. Der biotechnische Weg führt kostengünstig zur Perillasäure.


<h2>Bakterium produziert Antimikrobiotikum</h2>
Ein vielversprechender Ansatz ist die Gewinnung von R-(+)-Perillasäure aus R-(+)-Limonen, welches mit über 90 % Hauptbestandteil von Orangenöl ist. Dieses lässt sich aus Orangenschalen gewinnen, die in großer Menge bei der Herstellung von Orangensaft anfallen. Das gramnegative Bakterium Pseudomonas putida DSM 12264 ist ein geeigneter Kandidat für die Bioproduktion: Es ist resistent gegen viele organische Lösungsmittel und vermag R-(+)-Limonen regioselektiv zu R-(+)-Perillasäure zu oxidieren.
Bakterien sollen ein Konservierungsmittel herstellen, welches das Wachstum und die Ausbreitung von Bakterien hemmt? Dieser Ansatz mag zunächst widersprüchlich klingen, und tatsächlich inhibiert Perillasäure auch das Wachstum von P. putida. So kommt dessen Vermehrung bei einer Konzentration von 150  mM Limonen in Kombination mit einer Perillasäurekonzentration von 39 mM vollständig zum Erliegen. Um dies zu verhindern, muss das Bakterium ausgetrickst werden, indem das Produkt ständig entfernt wird. Jens Schrader, Leiter der Arbeitsgruppe Bioverfahrenstechnik am Karl-Winnacker-Institut (KWI), hat deswegen aber kein schlechtes Gewissen: “Es handelt sich ja um einen guten Zweck — wir sorgen dafür, dass sich Keime nicht weiter ausbreiten können. Auch wenn wir P. putida in gewisser Weise überlisten müssen, damit es uns kontinuierlich das Produkt liefert. Denn in der Natur würde das Bakterium weder in den Mengen noch unter den Bedingungen, die wir im Bioreaktor vorgeben, mit Limonen in Kontakt kommen.”


<h2>In-situ-Produktabtrennung</h2>
Um den Gehalt an Perillasäure gering zu halten, ist ein kontinuierliches Verfahren notwendig. Während ein Zweiphasensystem aus Wasser und p-Cymol, 1-Dodecanol oder Oleylalkohol nicht zum Erfolg führte, war der Ansatz einer selektiven Adsorption durch den Anionentauscher Amberlite IRA 410 Cl erfolgreich: Die Perillasäureadsorption beträgt 94 %, es tritt keine Glycerinanbindung auf — Glycerin dient als Energiequelle der Bakterien — und trotz einer relativ starken Limonenanbindung gibt es keinen negativen Effekt für die Perillasäureadsorption. Eine Mischung aus Ethanol und 1 M Salzsäure (60:40) eluiert die Perillasäure nach der Adsorption vollständig und der regenerierte Anionentauscher kann mit einer leicht verringerten Kapazität wiederverwendet werden. Durch die kontinuierliche Abtrennung mit einem Anionentauscher ist die Reinigung des Produkts einfacher und die Ausbeute an Perillasäure höher — verglichen mit einem Fed-Batch-Verfahren.
Neben der Perillasäure inhibiert auch Limonen das Wachstum von P. putida. Deswegen muss dessen Konzentration während des Prozesses ebenfalls klein bleiben. Hierzu wird das Substrat kontinuierlich in dem Maß zu der Kulturbrühe dosiert, wie Limonen gleichzeitig durch Oxidation zu Perillasäure verbraucht wird.
Mit dem optimierten Verfahren isolierten die KWI-Forscher 98 % der produzierten Perillasäure mit einer Reinheit von 93 %; durch Umkristallisation ist eine Reinheit von 98 % möglich.


<h2>Industrielle Umsetzung</h2>
Die Arbeitsgruppe Bioverfahrenstechnik am Karl-Winnacker-Institut der Dechema hat unter der Leitung von Jens Schrader den integrierten Bioprozess zur Produktion von Perillasäure entwickelt. Für die Zukunft hat er ein gutes Gefühl: “In der Kosmetikindustrie geht der Trend hin zu Komponenten natürlichen Ursprungs, daher ist dies ein attraktiver Markt.”
Zusammen mit dem Biotechnologie-Unternehmen Brain soll eine biotechnische Produktion von Perillasäure im industriellen Maßstab umgesetzt werden. Dazu hat das Unternehmen das Patent- und Gebrauchsmusterportfolio für die Bioproduktion der Perillasäure übernommen. Stefan Pelzer betreut das Projekt bei Brain und will “möglichst schnell eine Zulassung als Inhaltsstoff für die Kosmetikindustrie erlangen”. Bis Ende des Jahres 2012 rechnet er mit einer industriellen Produktion von biotechnischer Perillasäure.
Ruben Eckermann ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie


<h2>— — — Chemie mit nachwachsenden Rohstoffen</h2>
Jürgen O. Metzger organisiert für die Fachgruppe Nachhaltige Chemie auf dem GDCh-Wissenschaftsforum in Bremen die Vortragsreihe “Nachwachsende Rohstoffe für eine nachhaltige Entwicklung”.
Nachrichten aus der Chemie: Herr Metzger, was erwartet den Besucher in Bremen und was sollte er auf keinen Fall verpassen?
Jürgen O. Metzger: Es wird um die chemische Nutzung nachwachsender Rohstoffe gehen. Als im vergangenen Jahr George W. Huber von der University of Massachusetts-Amherst in Science seine ersten Ergebnisse zu “Renewable Chemical Commodity Feedstocks from Integrated Catalytic Processing of Pyrolysis Oils” veröffentlichte, war mir klar, dass wir ihn zu einem Hauptvortrag gewinnen sollten. Er hat einen faszinierenden Weg gezeigt, lignocellulosische Biomasse, also Holz, als Rohstoff zur Bereitstellung der wichtigsten Basischemikalien zu nutzen. Ich bin sehr gespannt auf seinen Vortrag.
Den zweiten Hauptvortrag hält Michael Meier vom KIT. Er hat in den letzten Jahren eine Fülle von Arbeiten vorgelegt, in denen er neue Wege zu Polymeren aus Fetten und Ölen als nachwachsenden Rohstoffen aufzeigt.
Es ist höchst erfreulich, dass an deutschen Universitäten zunehmend Dissertationen mit Themen zur chemischen Nutzung von Biomasse durchgeführt werden. Deshalb freue ich mich am meisten über vier Doktorandenvorträge: über die selektive Defunktionalisierung von Lignin, die Depolymerisation von Cellulose, Zucker als Lösungsmittelkomponente sowie über die Hydroesterifizierung von Fetten und Ölen. Ein Diskussionsvortrag zur raschen Auflösung von Cellulose in organischen Elektrolytlösungen von Roberto Rinaldi vom MPI für Kohlenforschung, Mülheim, wird die Sitzung abrunden.
Nachrichten: “Chemie schafft Zukunft” ist das Motto des Wissenschaftsforums. Ihre Fachgruppe hat es wohl nicht schwer, ihren Beitrag dazu zu definieren?
Metzger: Das ist richtig. In Zeiten von Fukushima und von dramatischen Veränderungen in der Energiepolitik ist die Diskussion der Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen für eine nachhaltige Entwicklung aktuell und von größter Bedeutung. Ich möchte deshalb auch darauf hinweisen, dass in einer gemeinsamen Sitzung des Jungchemikerforums mit der FG Nachhaltige Chemie vier Doktoranden über ihre Ergebnisse zu aktuellen Themen einer nachhaltigen Chemie vortragen werden.

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Mit Bakterien gegen Bakterien

Das Monoterpen Perillasäure ist ein Naturprodukt und wirkt bereits in geringer Dosis gegen das Wachstum von Bakterien, Hefen und höheren Pilzen. Dabei weist es ein deutlich geringeres allergenes und hautsensibilisierendes Potenzial auf als herkömmliche Konservierungsmittel. Als solche finden sich...

“Zu wenig Wissen ist gefährlich. Zu viel Wissen auch.” Mit diesem Albert Einstein zugeschriebenen Zitat beginnt der Trailer der US-amerikanischen Fernsehserie “Eureka”. Hier lösen sich Autos in Luft auf, Physiker spielen am Magnetfeld der Erde herum und alles Metall wird plötzlich zu Gold. Eureka ist eine erfundene, geheime Stadt im Nordwesten der USA. Hier hat die Regierung die kreativsten Köpfe der Nation versammelt, um an der Zukunft zu arbeiten.
Wie viele Hollywood-Produktionen lebt die Serie von der Faszination, die erfundene, aber doch plausibel angelegte Szenarien auf uns ausüben. Einen schmalen Grat zwischen Spannung und Ablehnung, wenn es zu unglaubwürdig werden sollte, sieht deshalb Jaime Paglia, einer der beiden Erfinder von Eureka: “Wir wollen Science Fiction, wir wollen niemals Zauberei.” Die Zuschauer sollten mitkommen auf eine Reise und nicht plötzlich feststellen, oh, das ist nur noch dumm. Dass hier keine Pannen passieren, verhindern kompetente Helfer, die zum Teil selbst in der Forschung arbeiten.
 Allen voran sieht die US-amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa Kino und Fernsehen als Werbeplattform für ihre Forschungsprogramme. Die Nasa kooperiert — ohne Geld dafür zu verlangen — mit einer Vielzahl von Produktionen über intergalaktische Missionen. Das Logo ist oft deutlich zu sehen — eine hervorragende PR für die teuren Programme der Behörde.


<h2>Wie viel Amphetamin liefern 30 Gallonen Methylamin?</h2>
Schwerer tut sich die Chemie, auch wenn Chemielehrer in den USA auf eine besondere Art an Popularität gewonnen haben — ob gut oder schlecht, wird sich erst herausstellen. In “Breaking Bad” verstrickt sich der an Krebs erkrankte Lehrer Walt in illegale Machenschaften, weil er versucht, seine Familie mit dem Erlös aus illegal hergestellten Drogen für die Zeit nach seinem Tode abzusichern. Natürlich spielen auch die enormen Kosten einer Krebsbehandlung im amerikanischen Gesundheitssystem, die den finanziellen Spielraum einer ohnehin klammen Lehrerfamilie sprengen, in die Serie hinein. Eine skurrile, schwarze Komödie [s. Nachr. Chem. 2011, 59, 427].
Mit der Bedeutung von Chemikern als Berater für wissenschaftsbasierte Fernsehserien und Kinofilme setzte sich die American Chemical Society (ACS) auseinander — einen Nachmittag lang auf dem ACS-Frühjahrstreffen in Anaheim, Kalifornien.
“Breaking Bad” ist kein Science Fiction, sondern ein Drama aus dem richtigen Leben. “Deshalb versuchen wir, die Wissenschaft so korrekt wie möglich darzustellen”, sagt Moira Walley-Becket, Autorin und “mithelfende Produzentin” der Fernsehserie, deren fünfte Staffel gerade in Albuquerque und der Wüste von New Mexico gedreht wird. Das sei man der Hauptperson schuldig, die ja vor ihrer Zeit als Lehrer sogar an später mit dem Nobelpreis gekrönter Forschung maßgeblich beteiligt war — aber nie davon profitierte.
Bei chemischen Fragen bei der Produktion von Breaking Bad hilft Donna Nelson, Chemieprofessorin an der Universität Oklahoma, “wann immer sie mich brauchen”. In der Forschung beschäftigt sich Nelson mit Nanoröhren, zur Zeit ist sie Visiting Professor am Massachussetts Institute of Technology (MIT). Mit der Beratung von Breaking Bad will sie dazu beitragen, die Wahrnehmung von Wissenschaftlern in der Öffentlichkeit zu verbessern. Was schreibt der Chemielehrer für Formeln an die Tafel? Donna Nelson hat die Monoalkene vorgelegt. Wie viel Amphetamin kann man aus einem 30-Gallonen-Fass Methylamin herstellen? Selbst abwegig anmutende Fragen werden mit wissenschaftlicher Ernsthaftigkeit angegangen und kommen in der Folge auch nachvollziehbar beim Publikum an. Allerdings geht es nicht um eine Anleitung zum Drogenkochen. “Entscheidende Schritte haben wir bewusst weggelassen”, sagt Nelson. Die US-Drogenbehörde habe intensiv mitgearbeitet, ergänzt Moira Wally-Becket, gerade weil auch die sozialen Konsequenzen, die unumkehrbare Drift in ein kriminelles Umfeld deutlich werden.
Donna Nelson hat damit schon unliebsame Erfahrungen machen müssen: Ein Student, der in einem Labor Methamphetamin kochte, brachte die Universität im Jahr 1985 in die Schlagzeilen — “eine fürchterlich peinliche Erfahrung” und enorm rufschädigend für die Hochschule.


<h2>110-prozentige Wissenschaft</h2>
Ob Kernschmelze oder Konsequenzen aus der Genforschung — vieles von dem, womit die Gesellschaft heute konfrontiert wird, hat das Kino längst entdeckt und damit Spannung erzeugt. Wie viel Wahrheit steckt hinter den Szenarien von “Outbreak” oder “Gattaca”, bei denen gefährliche Viren aus den Labors entkommen oder genetisch perfekte Bürger geschaffen werden? Der Physiker Sidney Perkowitz von der Universität Emory beschäftigt sich schon lange mit Formen der Popularisierung von Wissenschaft im Kino. Jeder Autor würde bestimmt am liebsten die Wissenschaft so akkurat wie möglich darstellen, glaubt Perkowitz. “Aber manchmal muss man die Dinge etwas verbiegen, um die Geschichte voran zu bringen.” In seinem Buch “Hollywood Science” sucht er die wissenschaftlichen Tatsachen hinter der Fiktion. “Als Wissenschaftler müssen wir da flexibel sein”, mahnt er. Auch wenn die Forschung nicht immer hundertprozentig korrekt dargestellt werde, so inspirierten solche Themen im Kino auf lange Sicht doch viele junge Menschen dazu, Forscher zu werden und dann “die Wissenschaft 110 Prozent genau zu machen”.
Wie sehr umgekehrt die Erfindungen der Hollywood-Autoren auch wieder in die Chemie einziehen können, zeigt Mark Griep, Chemieprofessor an der Universität Nebraska: Er nutzt Filmszenen in seinen Vorlesungen, um den Studenten die Chemie näher zu bringen. Im gerade in den deutschen Kinos angelaufenen Film “Ohne Limit” geht es um eine Pille, die dem Gehirn unbegrenzte Fähigkeiten verschafft — NZT nennen die “Jungs aus der Küche” die Droge. “Das klingt nicht nach von der FDA [das US-amerikanische Amt für Lebensmittelüberwachung und Arzneimittelzulassung] zugelassen”, sagt der Hauptdarsteller, als er das erste Mal davon erfährt. Er wird Testperson — und sein Gedächtnis erreicht ungeahnte Möglichkeiten. Der Film hat in den USA eine neue Diskussion darüber entfacht, ob und in welcher Form eine Steigerung der Leistung des Gehirns durch Medikamente möglich ist. Mark Griep geht mit seinen Studenten dem fiktiven Molekül NZT auf den Grund. Auf der Fake-Seite <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.theclearpill.com" target="_blank">www.theclearpill.com</a>,</ext-link> einem Infomercial für den Film, fällt der systematische Name des Moleküls: Thallanylzirconio-methyl-tetrahydro- triazatriphenylen.
“So etwas liebe ich”, sagt Griep, “man kann jetzt den Namen nehmen und daraus die Struktur ableiten und dann das Moleküls vergleichen mit dem, was im Kinofilm dazu erzählt wird — das ist ein bisschen wie Rätselraten.” Auf jeden Fall sei es für seine Studenten spannender als trockene Theorie der Atome und Moleküle.
“Fantasie ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt.” Auch das soll Albert Einstein gesagt haben.
Axel Fischer ist Diplom-Chemiker und Wissenschaftsjournalist in München.


<h2>— — — Alles für den Chemieunterricht</h2>
Holger Butenschön organisiert die Vortragstagung der GDCh-Fachgruppe Chemieunterricht auf dem GDCh-Wissenschaftsforum in Bremen. Er freut sich am meisten auf die Experimentalvorträge.
Nachrichten aus der Chemie: Herr Butenschön, was erwartet die Besucher in Bremen? 
Holger Butenschön: Die Fachgruppe Chemieunterricht führt im Rahmen des Wissenschaftsforums ihre Jahrestagung durch und wird dazu in zwei Parallelsitzungen über die gesamte Dauer des Wissenschaftsforums Diskussions- und Experimentalvorträge anbieten. Daneben gibt es attraktive Workshops, Posterpräsentationen und einen öffentlichen Experimentalvortrag, der sich an Schülerinnen und Schüler aus der Region Bremen wendet, sowie eine gemeinsame Sitzung mit der Fachgruppe Analytische Chemie mit zwei Experimentalvorträgen.
Nachrichten: “Chemie schafft Zukunft”, so lautet das Motto der Tagung. Welchen Beitrag leistet Ihre Fachgruppe dazu?
 Butenschön: Als rohstoffarmes Land ist Deutschland besonders darauf angewiesen, seine wichtigste Ressource, nämlich die jungen Menschen, zu pflegen. Dies geschieht am besten durch gute Ausbildung. Hier leistet der Chemieunterricht einen wichtigen Beitrag, der Jugendliche für einen naturwissenschaftlichen Beruf interessieren oder begeistern soll. Aber nicht nur: Mindestens genauso wichtig ist es, die heranwachsende Generation zu befähigen, sich eine eigene Meinung zu neuen wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen zu bilden. Ein guter, experimentell orientierter Unterricht in Chemie und den anderen Naturwissenschaften muss also grundlegendes Wissen vermitteln.
Nachrichten: Worauf freuen Sie sich am meisten beim Wissenschaftsforum?
 Butenschön: Auf die Experimentalvorträge. Sie sind so etwas wie ein Alleinstellungsmerkmal unserer Fachgruppe. Ich bin immer wieder vom Einfallsreichtum der Vortragenden begeistert, die es vermögen, durch kreative, einprägsame Experimente mit vergleichsweise geringem Aufwand durchaus komplizierte Sachverhalte verständlich zu machen.

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Mit Bakterien gegen Bakterien

Bakterium produziert Antimikrobiotikum

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