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Gentechnik: Bakterien-Selbstmord für die Kraftstoffproduktion

Cyanobakterium ohne Zellwand
Forscher aus den USA haben Cyanobakterien so umprogrammiert, dass sie auf ein bestimmtes Signal hin ihre eigene Zellwand abbauen. Dadurch können die Inhaltsstoffe der Mikroorganismen geerntet werden, ohne dass die Zellen chemisch oder mechanisch zerstört werden müssen.

Xinyao Liu und Roy Curtiss von der Arizona State University setzten dem Cyanobakterium Synechocystis sp. verschiedene Gene aus einem Bakterien infizierenden Virus ein, die durch Nickelzugabe aktiviert werden. Kamen die veränderten Bakterien mit nickelhaltigen Chemikalien in Kontakt, wurden die Gene abgelesen, und es entstanden die Enzyme, die von innen heraus die Zellwand abbauen. Dieser Mechanismus erlaubt es den Forschern, den Selbstmord der Bakterien von außen gezielt zum gewünschten Entwicklungszeitpunkt auszulösen.

Cyanobakterium mit und ohne Zellwand | Bei den linken Zellen ist die weiße Zellwand unter dem Mikroskop noch deutlich erkennbar. Rechts ist dagegen sechs Stunden nach der Zugabe von Nickel keine Zellwand mehr zu sehen.

Die veränderten Cyanobakterien wachsen im Vergleich zu ihren natürlichen Verwandten langsamer, was die Ausbeute an Zellinhaltsstoffen zur Biodieselproduktion reduziert. Die Forscher nehmen an, dass die Gene aus dem Virus auch ohne Nickelzugabe in geringem Maß aktiv sind und damit den Zellwandaufbau behindern. Die Enzyme wirken an unterschiedlichen Teilen der vierschichtigen Bakterienzellwand: Eine erste Gruppe durchlöchert zunächst die innere Membran, so dass weitere Enzyme an die dahinterliegende eigentliche Zellwandschicht gelangen und dort die Bindungen zwischen den Molekülen lösen können.

Die Fähigkeit der Cyanobakterien, Fotosynthese zu betreiben, macht sie für die Wissenschaftler zu idealen Biodieselproduzenten. Im Gegensatz zu Pflanzen lässt sich ihr Genom leicht verändern, und sie wachsen in Flüssigkultur auch in Gegenden, die sich nicht für den Ackerbau eignen, mit einer bis zu fünfmal so hohen Biomasse pro Hektar. Erhalten die Cyanobakterien zusätzliches CO2, lagern sie besonders große Mengen Fett ein, das mit Methanol zu Biodiesel umgewandelt werden kann. Da die Bakterien bei ihrem Wachstum zuerst die Menge an Kohlendioxid aufnehmen, die sie später wieder freisetzen, ermöglichen sie eine CO2-neutrale Energieproduktion. (jvs)

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  • Quellen
Liu, X., Curtiss, R.: Nickel-inducible lysis system in Synechocystis sp. PCC 6803. In: Proceedings of the National Academy of Sciences, 10.1073/pnas.0911953106, 2009.

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