Veranstaltung

08.07.2019

For­schungs­team ent­schlüs­selt en­zy­mati­schen Ab­bau ei­nes ma­ri­nen Al­gen­zu­ckers

Enzyme sind von entscheidender Bedeutung beim Abbau von Algen-Biomasse im Meer. Ein internationales Team von 19 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern entschlüsselte erstmals den kompletten Abbauweg des Polysaccharides Ulvan durch Biokatalysatoren eines marinen Bakteriums. Die Ergebnisse ihrer Studie stellen die Forschenden in der Fachzeitschrift Na­tu­re Che­mi­cal Bio­lo­gy (DOI: 10.1038/s41589-019-0311-9) vor. Die Studie wurde unter Federführung der Universität Greifswald, des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen sowie des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, der Technischen Universität Wien und der Biologischen Station in Roscoff (Frankreich) durchgeführt.

Die Al­gen der Welt­mee­re spei­chern je­des Jahr un­ge­fähr die glei­che Men­ge Koh­len­stoff wie die ge­sam­te Land­ve­ge­ta­ti­on. Sie pro­du­zie­ren da­bei gro­ße Men­gen Koh­len­hy­dra­te. Die­se kön­nen von ma­ri­nen Bak­te­ri­en ab­ge­baut wer­den und stel­len eine wich­ti­ge En­er­gie­quel­le für das ge­sam­te Nah­rungs­netz im Meer dar. Das For­schungs­team klär­te jetzt den kom­ple­xen Ab­bau­weg des Po­ly­sac­cha­ri­des Ul­van auf. Ul­van ist ein Mehr­fach­zu­cker, der von der Alge Ulva pro­du­ziert und vom ma­ri­nen Bak­te­ri­um Formosa agariphila ab­ge­baut wird. Die um­fang­rei­che Stu­die deck­te die bio­che­mi­sche Funk­ti­on von zwölf En­zy­men auf. Die Er­kennt­nis­se sind nicht nur für die Grund­la­gen­for­schung von er­heb­li­cher Be­deu­tung. Sie er­lau­ben erst­ma­lig, die bis­lang un­ge­nutz­te Res­sour­ce der Al­gen als Roh­stoff­quel­le für Fer­men­ta­tio­nen und zur Iso­lie­rung wert­vol­ler Zu­cker zu er­schlie­ßen.

„In un­se­rer Stu­die kön­nen wir erst­mals zei­gen, wie ma­ri­ne Bak­te­ri­en das hoch­kom­ple­xe Po­ly­mer Ul­van aus ma­ri­nen Al­gen kom­plett in sei­ne Bau­stei­ne zer­le­gen. Da­mit ver­ste­hen wir nicht nur, wie Mi­kro­or­ga­nis­men Zu­gang zu ih­rer Nah­rungs­quel­le er­hal­ten. Mit­tels der neu ent­schlüs­sel­ten Bio­ka­ta­ly­sa­to­ren kann das kom­ple­xe ma­ri­ne Po­ly­sac­cha­rid ge­zielt als Roh­stoff­quel­le für Fer­men­ta­tio­nen ver­wen­det oder hoch­wer­ti­ge Zu­cker­bau­stei­ne wie Idu­ron­säu­re und auch Rham­no­se­sul­fat kön­nen aus der bis­lang nicht zu­gäng­li­chen Res­sour­ce ma­ri­ner Al­gen er­schlos­sen wer­den“, er­läu­tert Prof. Dr. Uwe Born­scheu­er vom Institut für Biochemie der Uni­ver­si­tät Greifs­wald.

Dr. Jan-Hen­drik Hehe­mann, Emmy Noe­ther Grup­pen­lei­ter am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie und am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Uni­ver­si­tät Bre­men er­gänzt: „Po­ly­sac­cha­ri­de aus ma­ri­nen Al­gen un­ter­schei­den sich che­misch von de­nen ter­res­tri­scher Pflan­zen. Wie Al­gen­po­ly­sac­cha­ri­de von ma­ri­nen Bak­te­ri­en ab­ge­baut wer­den, ist bis­her wei­test­ge­hend un­be­kannt. Die de­tail­lier­te Auf­klä­rung der be­tei­lig­ten En­zy­me am Ul­van-Ab­bau ist nicht nur von gro­ßem Wert für zu­künf­ti­ge bio­tech­no­lo­gi­sche An­wen­dun­gen, son­dern auch für zen­tra­le öko­lo­gi­sche Fra­gen zum ma­ri­nen Koh­len­stoff­kreis­lauf.“

„Un­se­re Er­geb­nis­se zei­gen auch, wie wich­tig es ist, in ei­nem in­ter­dis­zi­pli­nä­ren Team aus Mi­kro­bio­lo­gen, Bio­tech­no­lo­gen, Bio­che­mi­kern und Or­ga­ni­schen Che­mi­kern zu for­schen. Die fä­cher­über­grei­fen­de Bün­de­lung durch die DFG-ge­för­der­te For­schungs­grup­pe POM­PU hat we­sent­lich zum Er­folg des Pro­jek­tes bei­ge­tra­gen“, er­gänzt Prof. Dr. Tho­mas Schwe­der vom Institut für Pharmazie der Uni­ver­si­tät Greifs­wald. Ziel der For­schungs­grup­pe POM­PU ist, wich­ti­ge öko­lo­gi­sche Funk­tio­nen von ma­ri­nen Bak­te­ri­en wäh­rend Al­gen­blü­ten auf­zu­klä­ren und so re­le­van­te Me­cha­nis­men der „bio­lo­gi­schen Pum­pen­funk­ti­on“ der Mee­re im Zeit­al­ter der Kli­ma­er­wär­mung bes­ser zu ver­ste­hen. Die Un­ter­su­chung ma­ri­ner Schlüs­sel­bak­te­ri­en und En­zy­me kann neue Per­spek­ti­ven er­öff­nen, um das viel­ver­spre­chen­de Po­ten­zi­al von Zu­cker­ver­bin­dun­gen aus ma­ri­nen Al­gen ge­zielt bio­tech­no­lo­gisch zu nut­zen.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie, Pressemeldung, 08.07.2019

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CC0, pixabay.com

Ori­gi­nal­ver­öf­fent­li­chung

Reis­ky et al. (2019): A marine bacterial enzymatic cascade degrades the algal polysaccharide ulvan, in: Nature Chemical Biology. DOI: 10.1038/s41589-019-0311-9

Be­tei­lig­te Ar­beits­grup­pen

Prof. Dr. Uwe Bornscheuer
Bio­tech­no­lo­gie und En­zym­ka­ta­ly­se
In­sti­tut für Bio­che­mie
Fe­lix-Haus­dorff-Stra­ße 4, 17489 Greifs­wald
Te­le­fon 03834 420 4367
uwe.bornscheuer@uni-greifswald.de

Dr. Jan-Hendrik Hehemann
MPI für Marine Mikrobiologie
Celsiusstr. 1
D-28359 Bremen
Telefon: +49 421 2028-736
jhe­he­man@mpi-bre­men.de

Prof. Dr. Thomas Schweder
Phar­ma­zeu­ti­sche Bio­tech­no­lo­gieIn­sti­tut für Phar­ma­zie
Fe­lix-Haus­dorff-Stra­ße 3, 17489 Greifs­wald
Te­le­fon 03834 420 4212
schweder@uni-greifswald.de

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