{"id":45388,"date":"2017-08-25T07:29:44","date_gmt":"2017-08-25T05:29:44","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=45388"},"modified":"2017-08-23T13:56:13","modified_gmt":"2017-08-23T11:56:13","slug":"wie-ein-bakterium-von-methanol-leben-kann","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wie-ein-bakterium-von-methanol-leben-kann\/","title":{"rendered":"Wie ein Bakterium von Methanol leben kann"},"content":{"rendered":"

Bei einem Bakterium, das Methanol als N\u00e4hrstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forschende alle daf\u00fcr ben\u00f6tigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff f\u00fcr die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.<\/strong><\/p>\n

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Die von den ETH-Forschenden untersuchten Bakterien k\u00f6nnen Methanol (chemisch: CH3OH) als Kohlenstoffquelle nutzen. (Grafik: ETH Z\u00fcrich)<\/figcaption><\/figure>\n

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol gr\u00f6ssere Molek\u00fcle herstellt. Denn Methan kommt auf der Erde reichlich vor und kann auch durch die Verg\u00e4rung von Biomasse in Biogasanlagen hergestellt werden. Aus Methan l\u00e4sst sich Methanol produzieren. Beide Molek\u00fcle sind einfach gestrickt, und sie besitzen je nur ein Kohlenstoffatom. Daraus gr\u00f6ssere Molek\u00fcle mit mehreren Kohlenstoffatomen zu synthetisieren, ist allerdings komplex.<\/p>\n

Was f\u00fcr Chemiker mit Aufwand verbunden ist, schaffen einige Bakterienarten mit links. Diese Bakterien k\u00f6nnen Methanol als Kohlenstoffquelle nutzen, um daraus Energietr\u00e4ger und Baustoffe herzustellen. Sie leben vor allem auf Pflanzenbl\u00e4ttern, und sie kommen auch bei uns in grosser Zahl auf jedem Blatt vor. Das von der Wissenschaft am besten untersuchte solche Bakterium heisst Methylobacterium extorquens<\/em>. Forschende unter der Leitung von Julia Vorholt, Professorin f\u00fcr Mikrobiologie, haben nun alle Gene bestimmt, welche dieses Bakterium ben\u00f6tigt, um von Methanol leben zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Bakterien nutzen Pflanzen-Abfallprodukt<\/h3>\n

\u00abPflanzenbl\u00e4tter produzieren nat\u00fcrlicherweise Methanol. Es entsteht als Abfallprodukt bei der Zellwand-Biosynthese\u00bb, erkl\u00e4rt Vorholt. \u00c4hnlich einem Hybridfahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Elektrizit\u00e4t betrieben werden kann, kann Methylobacterium extorquens<\/em> je nach Verf\u00fcgbarkeit entweder gr\u00f6ssere Kohlenstoffverbindungen (zum Beispiel Carbons\u00e4uren) als N\u00e4hrstoff nutzen oder das Methanol der Pflanzen. \u00abIm Methanol-Betrieb k\u00f6nnen die Bakterien alle komplexen Verbindungen, die sie ben\u00f6tigen, aus diesem kleinen Molek\u00fcl aufbauen. Das ist eine ausserordentliche Leistung\u00bb, so Vorholt.<\/p>\n

Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun zeigen konnten, besitzt Methylobacterium extorquens<\/em> knapp 150 Gene, die es spezifisch f\u00fcr diesen Methanol-Betrieb braucht. 95 davon waren bisher unbekannt.<\/p>\n

Um diese Gene zu finden, kreierten die Forschenden aus Vorholts Gruppe gemeinsam mit Wissenschaftlern der Gruppe von Beat Christen, Professor f\u00fcr experimentelle Systembiologie, im Labor gut eine Millionen Bakterien-Mutanten. Diese gaben sie einerseits in ein Kulturmedium mit Methanol, andererseits in ein gew\u00f6hnliches N\u00e4hrmedium, das Bernsteins\u00e4ure enthielt. Dabei interessierten sie sich vor allem f\u00fcr die Mutanten, die in gew\u00f6hnlichem Medium normal wuchsen, in Methanol jedoch schlecht oder gar nicht. Solches Verhalten zeigt an, dass in den Mutanten ein spezifisch f\u00fcr die Nutzung von Methanol erforderliches Gen besch\u00e4digt ist.<\/p>\n

\u00abMit dem gew\u00e4hlten Verfahren konnten wir von jedem einzelnen Gen des Bakteriums bestimmen, ob es f\u00fcr das Wachstum auf Methanol ben\u00f6tigt wird. Wir konnten somit alle daf\u00fcr erforderlichen Gene identifizieren\u00bb, erkl\u00e4rt Andrea Ochsner, Doktorandin in Vorholts Gruppe und Erstautorin der in der Fachzeitschrift “Current Biology” ver\u00f6ffentlichten Studie<\/a>.<\/p>\n

Signal zum Umschalten auf Methanol-Betrieb<\/h3>\n

Eines der auf diese Weise neu identifizierten Gene \u00fcberraschte die Forschenden besonders, denn es war bisher nur von Pflanzen bekannt sowie von einer Gruppe Bakterien, welche CO2<\/sub> aus der Luft nutzen k\u00f6nnen. Das Gen ist die Bauanleitung f\u00fcr ein Enzym, das einen Zucker herstellt, der f\u00fcr die CO2<\/sub>-Nutzung wichtig ist. Auf eine Bedeutung dieses Gens in Methylobacterium extorquens<\/em> gab es bisher keine Hinweise.<\/p>\n

Wie die Forschenden nun zeigen konnten, stellt jedoch auch dieses Bakterium den Zucker her, n\u00e4mlich dann, wenn es Methanol vorfindet. Im Gegensatz zu den Pflanzen verwendet Methylobacterium extorquens den Zucker allerdings nicht weiter als Baustoff. Vielmehr gehen die Wissenschaftlerinnen davon aus, dass es ihn als Signal einsetzt, um dann, wenn Methanol vorhanden ist, auf Methanol-Betrieb umstellen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Nachdem die Wissenschaftler die Bedeutung dieses einen Gens aufgeschl\u00fcsselt haben, m\u00f6chten sie nun weitere der neu identifizierten Gene untersuchen.<\/p>\n

Mikroorganismen neue F\u00e4higkeiten verleihen<\/h3>\n

Die Erforschung der genetischen Grundlagen von Methylobacterium extorquens<\/em> ist auch f\u00fcr die Biotechnologie interessant. In Forschungslabors wird dieses Bakterium bereits eingesetzt, um damit komplexe Molek\u00fcle herzustellen. Die neuen Erkenntnisse k\u00f6nnten helfen, das Bakterium so zu steuern, dass dieses die gew\u00fcnschten Molek\u00fcle in gr\u00f6sseren Mengen produziert.<\/p>\n

Weil alle f\u00fcr das Wachstum auf Methanol relevanten Gene nun identifiziert sind, ist es auch denkbar, diese Gene in andere Mikroorganismen einzuschleusen. So k\u00f6nnte man auch diesen Organismen die F\u00e4higkeit verleihen, auf Methanol zu wachsen \u2013 und damit diesen Rohstoff in Zukunft biotechnologisch vielf\u00e4ltig nutzen.<\/p>\n

 <\/p>\n

Literaturhinweis<\/h3>\n

Ochsner AM, Christen M, Hemmerle L, Peyraud R, Christen B, Vorholt JA: Transposon sequencing uncovers an essential regulatory function of phosphoribulokinase for methylotrophy. Current Biology, 17. August 2017, doi: 10.1016\/j.cub.2017.07.025<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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