Microbiology and Infection – deutschlandweit größte Fachkonferenz 5.-8. März in Würzburg: Aktuelle Forschungen auf dem Weg zur Fotosynthese im Reagenzglas.
Man nehme 17 verschiedene Enzyme aus Darm- und Knöllchenbakterien, der menschlichen Leber, der kleinen Ackerschmalwand – einer unscheinbaren Pflanze am Wegesrand – sowie aus einer kürzlich entdeckten Gruppe mariner Mikroorganismen, sogenannten Thaumarchaeoten. Mit Hilfe des Computers zum Teil maßgeschneidert umgebaut, dann im Reagenzglas zusammengemixt, entsteht aus 17 verschiedenen Enzymen ein neuer Stoffwechselzyklus, der Kohlendioxid fixiert. „Als Schrittmacher dient ein hocheffizientes CO2-bindendes Enzym, das wir in Purpurbakterien entdeckten“, so Dr. Tobias Erb. Dem Marburger Mikrobiologen gelang es mit seinem Team erstmals, mit dem richtigen Mix aus der großen Vielfalt von Mikroorganismen im Kohlenstoffkreislauf einen neuen Stoffwechselweg zur CO2-Fixierung zu entwickeln, den sogenannten CETCH-Zyklus.
Diese bahnbrechende Arbeit auf dem Gebiet der synthetischen Mikrobiologie, die darauf abzielt, neue nützliche Mikroorganismen zu konstruieren, ist hochaktuell. Denn mit solchen synthetisch hergestellten Kohlendioxid-Stoffwechselzyklen könnte es in Zukunft gelingen, CO2 direkt und hocheffizient zum Beispiel in Medikamente oder Treibstoffe umzuwandeln, die bisher immer noch aus Erdöl gewonnen werden, zeigt sich Erb überzeugt.
Schwerpunkt der Forschung von Tobias Erb ist es, die Rolle von Mikroorganismen im globalen Kohlenstoffkreislauf zu verstehen und zunutze zu machen. Mikroorganismen entwickelten im Laufe der Evolution sechs verschiedene Möglichkeiten, Kohlendioxid aus der Luft in fixierte Kohlenstoffverbindungen und in Biomasse umzuwandeln. Der bekannteste Prozess ist die Photosynthese, die von den Mikroorganismen auch auf Pflanzen übertragen wurde. Die natürliche Photosynthese bildet die Grundlage unserer Nahrungskette und unserer Energieversorgung. Mit Hilfe von Licht und CO2 halten Pflanzen, Algen und Bakterien die Stoffkreisläufe in Bewegung. Erste Schritte in Richtung einer künstlichen Photosynthese sind mit den Arbeiten Erbs nun gemacht.
„Die neuen künstlichen CO2-Stoffwechselwege planen wir zuerst am Reißbrett“, so Tobias Erb. „Danach suchen wir als Bausteine die einzelnen Enzyme, die wir benötigen, aus der riesigen Vielfalt von Mikroorganismen zusammen.“ Eine große Aufgabe bei über 50 Millionen Genen und mehr als 40.000 Enzymen, die bisher in den verschiedensten Mikroorganismen entdeckt wurden. Das Marburger Forscherteam macht sich gezielt die unterschiedlichen Eigenschaften von Enzymen zunutze, lässt sie miteinander reagieren und versucht sie soweit zu optimieren, bis sie hoch effizient sind.
„Der künstlich erzeugte Stoffwechsel im Reagenzglas zeigt, dass es prinzipiell möglich ist, aus neuen, kreativen Enzymkombinationen einen Designer-Metabolismus zu entwerfen“, so Erb. Als nächste Herausforderung versucht er mit seinem Team, diesen synthetischen Stoffwechselweg in lebende Zellen als Wirtsorganismen zu transplantieren. Mit der Entwicklung der neuen Technologie an der Schnittstelle zwischen Nano- und Biotechnologie scheint sich die Forschergruppe dem Ziel einer künstlichen Photosynthese schon anzunähern.
Für seine bahnbrechende aktuellen Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Mikrobiologie wird Erb am 5. März im Rahmen der diesjährigen „Microbiology and Infection“, der 5. Gemeinsamen Jahrestagung der DGHM (Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie e. V.) und der VAAM (Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie e. V.) mit weit über 1000 internationalen Wissenschaftlern, mit dem begehrten VAAM-Forschungspreis ausgezeichnet.
Weitere Informationen und das komplette Programm zur „Microbiology and Infection“, die vom 5. bis 8. März in Würzburg mit international renommierten Mikrobiologen stattfindet und weitere hochaktuelle Themen wie zum Beispiel neue Forschungsergebnisse zum menschlichen Mikrobiom, zur spannende Welt der nicht-codierenden RNA-Moleküle und deren Potenzial für neue Diagnostika und Therapien von Infektionskrankheiten sowie neue Studien zu Antibiotika und Resistenzen bietet, gibt es unter www.microbiology-infection.de.
