Sie gedeihen in brodelnden Quellen und schwefligen Vulkanen, in Salzseen und am Grund der Tiefsee. Ihr Organismus hält extreme Hitze, Kälte oder Säure aus. Extremophile, so heißen sie, sind extrem widerstandsfähige Mikroben, die unter den abenteuerlichsten Bedingungen existieren. Seit einiger Zeit machen die Forscher sie nutzbar – und zwar für industrielle Prozesse, in denen ebenfalls Hitze, Kälte oder Säure herrschen. So kann man aus den extremen Mikroben bestimmte Enzyme gewinnen, die als Katalysatoren für die Industrie taugen. Katalysatoren sind – vereinfacht gesagt - Reaktionsbeschleuniger. Gegenüber den herkömmlichen chemischen Katalysatoren haben die Biokatalysatoren aus der Mikrobe diverse Vorteile.
"Oft ist es so, dass Biokatalysatoren unter milderen Bedingungen arbeiten können. Man braucht nicht Reaktionen bei extrem hohen Temperaturen, bei 1000 Grad Celsius, oder in Gegenwart von Schwermetallen und Lösungsmitteln. Und oft ist das umweltschonender..."
...sagt Garabed Antranikian, Professor an der Technischen Universität Hamburg-Harburg anlässlich des Internationalen Kongresses über Biokatalyse 2006.
"Man gewinnt die Biokatalysatoren aus unterschiedlichen Organismen aus der Natur – Bakterien, die Enzyme produzieren. Und was wir machen, ist, dass wir in heißen Quellen nach solchen Biokatalysatoren suchen. Die Mikroorganismen werden isoliert von diesen Standorten in der Tiefsee oder auch Nord- und Südpol. Die Mikroorganismen werden dann im Labor gezüchtet, um gezielt interessante Katalysatoren finden zu können."
Ein Geduldsspiel, denn unter Tausenden von Enzymen gibt es meist nur ein einziges, das für die Industrie in Frage kommt. Mittlerweile suchen Spezialroboter die Enzymnadel im Mikrobenhaufen. Und manchmal werden die Mikroben dann auch gentechnisch verändert, um sie zu hochproduktiven Enzymfabriken zu machen. Experten wie Harald Gröger von Degussa aus Hanau sprechen von Designerzellen.
"Bei Designerzellen handelt es sich um Zellen, in denen nur die jeweils gewünschten Enzyme in sehr großen Mengen vorhanden sind. Im Gegensatz zu den klassischen Biokatalysatoren wie der Bäckerhefe, in denen eine Vielzahl von Enzymen vorhanden ist, gelingt es durch die Designerzellen, jeweils nur die gewünschten Enzyme in großen Mengen aufzubauen. Damit sind solche Zellen katalytisch wesentlich aktiver als normale Wildtypzellen."
Gröger und sein Team haben Colibakterien genetisch getunt, indem sie Gene, also Baupläne, für spezielle Enzyme eingeschleust haben. Diese Enzyme helfen zum Beispiel beim Bau bestimmter Aminosäuren. Diese Aminosäuren zählen zu den so genannten Enantiomeren.
"Enantiomere sind Produkte, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten. Man kann sie vergleichen mit einer linken und einer rechten Hand. In unserem Körper wirken diese linke und rechte Hand unterschiedlich. Das heißt die Pharmaindustrie ist bestrebt, nur das jeweils wirkende Enantiomer, das wirkende Spiegelbild, zu produzieren."
Das Entscheidende: Der neue Biokatalysator kann gezielt diejenige Aminosäure produzieren, mit der der Körper etwas anfangen kann – in diesem Fall die linkshändige. Doch die Biokats sind nicht nur für die Pharmaindustrie gut. In Zeiten des knapper werden Öls könnten sie künftig der Energiewirtschaft weiterhelfen, sagt Garabed Antranikian.
"Ein Weg wäre als zukünftige Entwicklung, dass man Biomasse nutzt, um damit zum Beispiel Ethanol oder Biogas zu produzieren."
Schon heute werden Pflanzen wie zum Beispiel Zuckerrohr mit Hilfe von Mikroorganismen zu Ethanol vergoren, einem biologischen Benzinersatz. Nach Meinung von Antranikian könnte diese Vergärung aber deutlich schneller und ertragreicher ablaufen.
"Das ist alles nicht sehr effektiv im Moment. In der Zukunft muss man viel effektiver sein, sonst wird das nicht reichen. Wir suchen im Moment nach Enzymsystemen, die unlösliche Substrate wie Holz, Zellulose und so weiter sehr effektiv abbauen können."
Die Forscher hoffen, in irgendeiner heißen Quelle oder einem schwefeligen Vulkan eine Mikrobe zu finden, die das entscheidende Enzym enthält: Ein Enzym, das in Windeseile die gesamte Pflanze in Treibstoff verwandelt und nicht nur den Zucker oder den Ölsamen vom Raps. Dann nämlich ließe sich viel mehr Sprit vom Acker gewinnen als heute – eine durchaus verlockende Aussicht.
"Oft ist es so, dass Biokatalysatoren unter milderen Bedingungen arbeiten können. Man braucht nicht Reaktionen bei extrem hohen Temperaturen, bei 1000 Grad Celsius, oder in Gegenwart von Schwermetallen und Lösungsmitteln. Und oft ist das umweltschonender..."
...sagt Garabed Antranikian, Professor an der Technischen Universität Hamburg-Harburg anlässlich des Internationalen Kongresses über Biokatalyse 2006.
"Man gewinnt die Biokatalysatoren aus unterschiedlichen Organismen aus der Natur – Bakterien, die Enzyme produzieren. Und was wir machen, ist, dass wir in heißen Quellen nach solchen Biokatalysatoren suchen. Die Mikroorganismen werden isoliert von diesen Standorten in der Tiefsee oder auch Nord- und Südpol. Die Mikroorganismen werden dann im Labor gezüchtet, um gezielt interessante Katalysatoren finden zu können."
Ein Geduldsspiel, denn unter Tausenden von Enzymen gibt es meist nur ein einziges, das für die Industrie in Frage kommt. Mittlerweile suchen Spezialroboter die Enzymnadel im Mikrobenhaufen. Und manchmal werden die Mikroben dann auch gentechnisch verändert, um sie zu hochproduktiven Enzymfabriken zu machen. Experten wie Harald Gröger von Degussa aus Hanau sprechen von Designerzellen.
"Bei Designerzellen handelt es sich um Zellen, in denen nur die jeweils gewünschten Enzyme in sehr großen Mengen vorhanden sind. Im Gegensatz zu den klassischen Biokatalysatoren wie der Bäckerhefe, in denen eine Vielzahl von Enzymen vorhanden ist, gelingt es durch die Designerzellen, jeweils nur die gewünschten Enzyme in großen Mengen aufzubauen. Damit sind solche Zellen katalytisch wesentlich aktiver als normale Wildtypzellen."
Gröger und sein Team haben Colibakterien genetisch getunt, indem sie Gene, also Baupläne, für spezielle Enzyme eingeschleust haben. Diese Enzyme helfen zum Beispiel beim Bau bestimmter Aminosäuren. Diese Aminosäuren zählen zu den so genannten Enantiomeren.
"Enantiomere sind Produkte, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten. Man kann sie vergleichen mit einer linken und einer rechten Hand. In unserem Körper wirken diese linke und rechte Hand unterschiedlich. Das heißt die Pharmaindustrie ist bestrebt, nur das jeweils wirkende Enantiomer, das wirkende Spiegelbild, zu produzieren."
Das Entscheidende: Der neue Biokatalysator kann gezielt diejenige Aminosäure produzieren, mit der der Körper etwas anfangen kann – in diesem Fall die linkshändige. Doch die Biokats sind nicht nur für die Pharmaindustrie gut. In Zeiten des knapper werden Öls könnten sie künftig der Energiewirtschaft weiterhelfen, sagt Garabed Antranikian.
"Ein Weg wäre als zukünftige Entwicklung, dass man Biomasse nutzt, um damit zum Beispiel Ethanol oder Biogas zu produzieren."
Schon heute werden Pflanzen wie zum Beispiel Zuckerrohr mit Hilfe von Mikroorganismen zu Ethanol vergoren, einem biologischen Benzinersatz. Nach Meinung von Antranikian könnte diese Vergärung aber deutlich schneller und ertragreicher ablaufen.
"Das ist alles nicht sehr effektiv im Moment. In der Zukunft muss man viel effektiver sein, sonst wird das nicht reichen. Wir suchen im Moment nach Enzymsystemen, die unlösliche Substrate wie Holz, Zellulose und so weiter sehr effektiv abbauen können."
Die Forscher hoffen, in irgendeiner heißen Quelle oder einem schwefeligen Vulkan eine Mikrobe zu finden, die das entscheidende Enzym enthält: Ein Enzym, das in Windeseile die gesamte Pflanze in Treibstoff verwandelt und nicht nur den Zucker oder den Ölsamen vom Raps. Dann nämlich ließe sich viel mehr Sprit vom Acker gewinnen als heute – eine durchaus verlockende Aussicht.