Der Photobiotechnologe Thomas Happe sucht nach neuartigen Strukturen, um regenerativ Wasserstoff herzustellen, wie es Algen k\u00f6nnen. Internationalit\u00e4t und Kooperation sieht der Forscher dabei als Schl\u00fcssel zum Erfolg.<\/p>\n
Es ist ganz oft der Zufall, der eine Karriere in bestimmte Bahnen lenkt. Diese Erfahrung hat auch Thomas Happe vor vielen Jahren an der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum gemacht. Als Biologiestudent traf er dort auf ber\u00fchmte Photosyntheseforscher, unter ihnen der Pionier dieses Fachs, Achim Trebst, der mehr als vier Jahrzehnte die Forschung auf diesem Gebiet mitpr\u00e4gte und 2017 verstarb. Trebst fragte Happe seinerzeit, ob dieser nicht bei ihm promovieren wolle. Es war das erste Mal, dass der junge Mann mit Mikroalgen arbeitete und mit deren Enzym Hydrogenase, das f\u00fcr die Algen eine wichtige Rolle bei der Photosynthese spielt. Heute ist Happe selbst Professor f\u00fcr Photobiotechnologie an der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum \u2013 und besch\u00e4ftigt sich noch immer intensiv mit Algen und der Hydrogenase.<\/p>\n
Aus der Arbeiterfamilie an die Uni
\n\u201eIch habe mich zwar schon als Kind f\u00fcr Biologie, f\u00fcr Natur interessiert, aber die Wege waren nicht vorherbestimmt\u201c, erinnert sich Happe. Seine \u00dcberzeugung: \u201eMan muss die richtigen Leute zur richtigen Zeit treffen und etwas Gl\u00fcck haben.\u201c Dass er studieren wollte, das hingegen stand f\u00fcr den Sohn einer Arbeiterfamilie aus dem Ruhrgebiet fr\u00fch fest. Seinerzeit war das mit diesem Hintergrund kein einfacher Schritt. Heute freut es den Professor, dass es f\u00fcr junge Menschen in vergleichbaren Situationen vielf\u00e4ltige Unterst\u00fctzung gibt.<\/p>\n
Auch der Entschluss, das Biologiestudium f\u00fcr den Auftakt einer Forscherkarriere zu nutzen, reifte fr\u00fch: \u201e\u00dcber Achim Trebst bin ich in die Community reingerutscht, habe die Streitkultur in der Wissenschaft erlebt und wie sich neue Ideen entwickeln\u201c, schildert der Forscher. \u201eDas hat mich in seinen Bann gezogen \u2013 da wollte ich mitmachen.\u201c Begeistert habe ihn damals die Internationalit\u00e4t des Teams und die vielen Freiheiten, die ihm als junger Wissenschaftler gelassen wurden. \u201eDamals habe ich auch die gr\u00fcnen Organismen lieben gelernt\u201c, schmunzelt Happe.<\/p>\n
Bei den Wasserstoffpionieren
\nAls Postdoc ging der Biotechnologe zun\u00e4chst an die Universit\u00e4t Bonn, wurde dann von Anastasios Melis an die Universit\u00e4t Berkeley in Kalifornien eingeladen, wo beide gemeinsam an der Herstellung von Wasserstoff durch Algen forschten. \u201eDie Hippiezeit war zwar vorbei, aber f\u00fcr mich war das eine exotische, interessante Stadt\u201c, blickt Happe auf die Zeit mit San Francisco zur\u00fcck. Aber auch das, was Melis und Happe vorhatten, erschien damals vielen seltsam und interessant zugleich.<\/p>\n
Eine freie Professur an der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum lockt den Forscher schlie\u00dflich zur\u00fcck in die Heimat. Hier pflegt er die Internationalit\u00e4t, die ihm schon fr\u00fch gefallen hat. Man sieht sie an der Zusammensetzung seiner Arbeitsgruppe, aber auch an seinen Gastprofessuren in Australien und Japan. \u201eMein Interesse an anderen Kulturen versuche ich auch meinen Studenten weiterzugeben. \u00dcber das Erasmus-Programm haben sie heute viele M\u00f6glichkeiten.\u201c<\/p>\n
An der Spitze der Hydrogenase-Forschung
\nSein Team sieht Happe an der weltweiten Spitze der Hydrogenase-Forschung . \u00dcber sich selbst sagt er: \u201eIch bin Grundlagenforscher mit Ideen zur Anwendung \u2013 aber zuerst muss man die biologischen Mechanismen verstehen.\u201c Das sei faszinierend, oft aber auch sehr kompliziert. Das Interesse an seiner Arbeit erf\u00e4hrt H\u00f6hen und Tiefen. In der Klimawandel-Diskussion erlebe Wasserstoff gerade wieder eine gro\u00dfe Aufmerksamkeit.<\/p>\n
Was hat es denn nun auf sich mit der Hydrogenase? \u201eDas Enzym kann in der Sekunde 10.000 Wasserstoffmolek\u00fcle herstellen, aber vertr\u00e4gt keinen Sauerstoff\u201c, schildert Happe. Er sucht deshalb nach M\u00f6glichkeiten, das Enzym so zu ver\u00e4ndern oder nachzubauen, dass Sauerstoff die Reaktion nicht l\u00e4nger st\u00f6rt. \u201eMein Alexander-Flemming-Experiment war, als wir einen chemisch synthetisierten Cofaktor mit einer Proteinh\u00fclle zusammenbrachten und so einen hoch effektiven biologischen Katalysator erhielten.\u201c Die technischen M\u00f6glichkeiten dazu habe es schon seit zwei Jahrzehnten gegeben, \u201eaber es haben wohl alle bezweifelt, dass das klappen kann\u201c, vermutet der Forscher, dem auch im eigenen Team zun\u00e4chst Skepsis entgegenschlug. Mit diesem experimentellen Werkzeug standen Happe und seinem Team v\u00f6llig neue M\u00f6glichkeiten offen, die biologische Wasserstoffbildung im atomaren Detail zu verstehen und sogar nachzubauen.<\/p>\n
Stabile Alternativen zum ganzen Enzym
\nK\u00fcnftig soll es gen\u00fcgen, anstelle der ganzen Proteinh\u00fclle nur bestimmte Aminos\u00e4uren dieser H\u00fclle zu erzeugen und daran den f\u00fcr die Katalyse entscheidenden Cofaktor zu binden. \u201eDazu f\u00fchren wir gezielte \u00c4nderungen auf atomarer Ebene ein und beobachten anhand der Kristallstrukturen, was das f\u00fcr die Katalyse bedeutet\u201c, erkl\u00e4rt der Photobiotechnologe das Vorgehen. Das langfristige Ziel ist es, den Cofaktor an stabile, sauerstoffunempfindliche Strukturen zu binden.<\/p>\n
Neben der Wasserstoffherstellung besch\u00e4ftigt sich Happes Team auch mit weiteren Stoffen, die Algen produzieren k\u00f6nnen, beispielsweise f\u00fcr pharmazeutische Anwendungen. Ein interessantes Thema f\u00fcr Happe ist au\u00dferdem NADH, jenes Molek\u00fcl, das als Elektronentr\u00e4ger biologische Reaktionen antreibt. Chemisch ist dessen Herstellung teuer, doch f\u00fcr biotechnologische Prozesse ist es oftmals unerl\u00e4sslich. Gern w\u00fcrde Happe die Methoden der Zellen nachbilden, denen die NADH-Herstellung problemlos gelingt. Dar\u00fcber hinaus wirkt die Gruppe des Forschers im Exzellenzcluster \u201eResolv\u201c mit, \u201edas bietet viele M\u00f6glichkeiten, mit Chemikern vor Ort zu kooperieren\u201c.<\/p>\n
Gemeinsam forscht sich\u2018s besser
\n\u00dcberhaupt: Neben der Internationalit\u00e4t ist Kooperation in den Augen Happes ein Schl\u00fcsselelement der Forschung. Es sei viel sinnvoller, ein teures Forschungsger\u00e4t, das man vielleicht nur zweimal im Monat ben\u00f6tigt, bei einem Kooperationspartner zu nutzen, als es selbst anzuschaffen. \u201eAu\u00dferdem macht die Forschung gemeinsam viel mehr Spa\u00df\u201c, wei\u00df der Bochumer. Das hat er w\u00e4hrend seines Sabbaticals belegt, das er gemeinsam mit seiner Familie in Australien und Japan verbrachte. Bei dortigen Forschungspartnern, die l\u00e4ngst Freunde sind, hat er im Labor mitgewirkt und neue Ideen entwickelt, \u201efrei von den t\u00e4glichen Routinen einer Universit\u00e4t\u201c, so Happe. \u201eIm Kopf bin ich st\u00e4ndig bei meinem Beruf.\u201c Will er doch mal den Kopf frei bekommen, liest er gern, arbeitet im Garten, bewegt sich in der Natur bei ausgiebigen Spazierg\u00e4ngen oder nutzt dazu die Fahrradfahrt zwischen Wohnort und Universit\u00e4t.<\/p>\n
Die Lehre sch\u00e4tzt der Professor trotzdem sehr. \u201eEs freut mich, die Begeisterung in den Augen der jungen Leute zu sehen.\u201c Gerne begleite er junge Forscher, helfe und gebe Tipps. \u201eMan spricht ja nicht umsonst vom Doktorvater.\u201c Nicht zuletzt b\u00f6ten die Vorlesungen Abwechslung: \u201eWenn die Forschung mal gerade schlecht l\u00e4uft, freue ich mich umso mehr auf die Lehre\u201c, schmunzelt Happe.<\/p>\n
Neue Ans\u00e4tze f\u00fcr die Zukunft
\nF\u00fcr die Zukunft ist der Forscher voller Ideen. Erst k\u00fcrzlich habe man gezeigt, dass die Biologie Wasserstoff anders zusammensetzt als der Chemiker. Letzterer f\u00fcgt zun\u00e4chst ein Elektron und ein Proton zu einem Wasserstoffatom zusammen, um dann mit viel Energieaufwand aus zwei Atomen ein Molek\u00fcl zu formen. Die Natur allerdings erzeugt zun\u00e4chst ein instabiles Hydridion aus zwei Elektronen und einem Proton, dem dann das zweite Proton hinzugef\u00fcgt wird, um das Wasserstoffmolek\u00fcl zu komplettieren. Das er\u00f6ffnet ganz neue Forschungsans\u00e4tze.<\/p>\n
Nat\u00fcrlich wei\u00df Happe, dass es von den Grundlagen bis zu einer Produktion im Gro\u00dfma\u00dfstab ein weiter Weg ist. Dort warten neue Herausforderungen wie beispielsweise die, in einem gro\u00dfen Bioreaktor an alle Algenzellen gen\u00fcgend Licht zu leiten, ohne dass deren Stoffwechsel gest\u00f6rt wird. Daher arbeitet Happes Team auch daran, die Stoffwechselgrundlagen der Algen zu verstehen. Aber vor allem lockt den Forscher die Suche nach einfachen, g\u00fcnstigen Strukturen, auf die sich der Cofaktor der Hydrogenase \u00fcbertragen l\u00e4sst, und die man an Membranen binden kann, um so regenerativ Wasserstoff zu erzeugen. Aktuell untersucht sein Team, ob dazu nicht auch die chemisch sehr robuste DNA geeignet sein k\u00f6nnte. Bei der Produktionsmenge werden biologische Verfahren jedoch noch nicht mit chemischen Wasserstofffabriken konkurrieren k\u00f6nnen. \u201eMit unserem Wasserstoff werden Sie kein Auto antreiben, aber kleine Strukturen, beispielsweise Mikrobrennstoffzellen f\u00fcr Beleuchtungen.\u201c<\/p>\n
Dar\u00fcber hinaus m\u00f6chte Happe die M\u00f6glichkeiten der Algen bekannter machen. Dazu hat er 2015 das Start-up SolarBioproducts Ruhr mitgegr\u00fcndet. Es soll die Algenbiotechnologie vernetzen, aber auch durch Kochkurse und Wissenschaftsn\u00e4chte in der \u00d6ffentlichkeit bekannter machen. Denn Algen k\u00f6nnen noch viel mehr als Wasserstoff herstellen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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