Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik an der Goethe-Universität Frankfurt
Sie bevölkerten die Erde, als an den Menschen noch lange nicht zu denken war. In der lebensfeindlichen Ursuppe gelang es bestimmten Bakterien, Energie zu gewinnen – und das allein aus den Gasen Kohlendioxid und Wasserstoff. Diese Bakterien werden als acetogene, also Essigsäure-produzierende Bakterien bezeichnet und wandeln Kohlendioxid zu Essigsäure oder Ethanol um. Eins davon ist Acetobacterium woodii. Auch mehrere Milliarden Jahre später weilt A. woodii auf unserem Planeten, meist tief versteckt im Schlamm einiger Tümpel. Seit vielen Jahren begeistert der Überlebenskünstler die Forscher auf der ganzen Welt. Einer von ihnen ist Prof. Volker Müller, Leiter der Abteilung Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik am Institut für Molekulare Biowissenschaften an der Goethe-Universität Frankfurt. „Wir reden hier vom wahrscheinlich ersten Stoffwechselprozess der Welt“, erklärt er. „Als wir vor 30 Jahren angefangen haben, uns mit dem Bakterium zu beschäftigen, ging es vorrangig um die Frage, wie das Überleben unter solch harschen Bedingungen funktioniert.“
Nachdem Müller und einige Kollegen den Mechanismus des Bakteriums entschlüsselt hatten, ließ die Faszination für A. woodii nicht nach – im Gegenteil: Mit dem Aufkommen der Biotechnologie stellten sich die Forscher die Frage, ob man hier nicht auf eine wahre Schatztruhe gestoßen war. „Einer der größten Herausforderungen der Menschheit ist es, die Energieversorgung sicherzustellen“, so Müller. So gilt Wasserstoff als saubere Energie der Zukunft, doch die Lagerung und der Transport des Gases bergen noch große Risiken. Gemeinsam mit Doktorand Kai Schuchmann gelang es ihm, den Prozess von A. woodii bei einem Zwischenschritt anzuhalten, so dass es lediglich Ameisensäure produziert. Ihr Rechenbeispiel ist eindrucksvoll: In 75 Litern Ameisensäure könnte man sehr effizient 45.000 Liter Wasserstoff speichern und bei Bedarf wieder freisetzen. Mit dieser Menge könnte ein Auto mit Brennstoffzelle heutzutage 400 Kilometer zurücklegen.
Tödlich für uns, Schokolade für Bakterien
„Wir könnten mit A. woodii also Biotreibstoff herstellen – und das ohne organisches Material wie Holz oder Mais zu verbrauchen“, so Müller. Auf das entsprechende Enzym und das spezielle Stoffwechselverfahren hat die Universität inzwischen ein Patent angemeldet. Die Firma LanzaTech verwendet die acetogenen Bakterien bereits zur Herstellung von Ethanol. Dort nutzt man die Abgase der Stahlindustrie, um im großen Maß Bioethanol herzustellen. Das Besondere: Nicht nur CO₂, sondern sogar das noch schädlichere Kohlenmonoxid können die Bakterien über einen alternativen Weg dabei verbrauchen. „Für acetogene Bakterien ist das nicht tödlich, sondern vielmehr wie Schokolade“, sagt Müller lachend. Treibstoff aus Abgas – ein gewaltiger Sprung in der Biotechnologie. Doch in Frankfurt denkt man bereits weiter: Mit vielen Dissertationen, aber auch Bachelor- und Masterarbeiten versucht man, das Potenzial des Einzellers nicht nur auszuschöpfen, sondern zu vergrößern.
