Die Wiege im Labor Einstieg für Aussteiger

Rolf K. WegstLaborarbeit im Marburger Zentrum für Synthetische Mikrobiologie zielt nicht nur darauf, biotische Phänomene besser zu verstehen als bisher.Besser als die NaturTobias Erbs Arbeitsgruppe optimiert die Energiegewinnung.Kohlenstoff ist ein zentralesElement unseresPlaneten; er steckt inSedimenten und Gesteinen,fossilen Brennstoffen, inallen Lebewesen und natürlichin den Treibhausgasen Kohlendioxidund Methan. Zwischenall diesen Reservoirs herrschtein mehr oder minder reger Austausch,der häufig mit einer chemischenUmwandlung der kohlenstoffhaltigenVerbindungeneinhergeht – wie bei der Fixierungvon Kohlendioxid in Stärkewährend der Photosynthese.„Viele dieser Prozesse sindmikrobiell beeinflusst“, erklärtTobias Erb, seit kurzem Leiter einerunabhängigen Nachwuchsgruppeam Max-Planck-Institutfür terrestrische Mikrobiologieund neues Mitglied beim MarburgerForschungszentrum„Synmikro“. „Mich interessiertdie elementare Biochemiedahinter: Wie entsteht aus unbelebtemKohlendioxid belebteMaterie?“„Kohlendioxid ist ein relativträges Molekül“, so Erb weiter.„Seine Fixierung“ – der Einbauin chemische Verbindungen –„ist deshalb ein energieaufwändigerProzess.“ Um diesenProzess anzustoßen, ist Aktivierungsenergieerforderlich, dievon Carboxylasen geliefert wird;so nennt man Enzyme, dieKohlendioxid (CO 2 ) in andereMoleküle einbauen. Die wohlbekannteste Carboxylase ist dieRibulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase,kurz Rubisco, die inallen Pflanzen, aber auch vielenBakterien und Archaeen für dieCO 2 -Fixierung bei der Photosyntheseverantwortlich ist.Doch seit der Erstbeschreibungvon Rubisco in den 1950erJahren wurden noch sechs weitereStoffwechselwege entdeckt,die Kohlendioxid in Biomassefixieren – vier davon alleine inden letzten acht Jahren. An derjüngsten Entdeckung im Jahr2014 war auch Erb beteiligt.„Wir konnten zeigen, dass einebestimmte Gruppe marinerArchaeen, die Thaumarchaeota,im Laufe der Evolution eineneigenen Weg für die CO 2 -Fixierungin Anwesenheit von Sauerstoffentwickelt haben, und dassdieser Weg effizienter ist als diebisher bekannten Sauerstoff-unempfindlichenWege. Diese Erkenntnishat auch Relevanz fürunser Verständnis des globalenKohlenstoffzyklus – immerhinsind die Thaumarchaeota diedritthäufigsten Mikroorganismenin den Ozeanen.“CO 2 -Fixierung passiertaber nicht nur im sogenanntenPrimärstoffwechsel, der auf10