Direkt zum Inhalt

Biochemie: Die Kupferjäger

Methan als Energieträger leicht nutzbar zu machen - das wünschen sich Wissenschaftler, die etwa an der Entwicklung von Brennstoffzellen arbeiten. Bakterien können dies schon lange. Aber wie knacken sie das reaktionsträge Molekül?
Methanobactin bildet eine Pyramide, in die das Kupfer-Ion eingeschlossen ist.
Es wird wärmer auf der Erde. Verantwortlich für diese Klimaänderung ist neben Kohlendioxid auch Methan – und natürlich wieder einmal der Mensch, der zur Freisetzung dieses Treibhausgases durch Reisanbau und Viehzucht erheblich beiträgt. Schätzungsweise 120 Milliarden Tonnen Methan werden insgesamt auf der Erde pro Jahr produziert. Allerdings gelangen nur etwa zwei Drittel davon auch in die Atmosphäre, denn bestimmte, in Wasser lebenden Bakterien nutzen einen guten Teil des Gases für ihren Stoffwechsel: Sie atmen Methan ein und setzten Kohlendioxid frei – ein Gas, dessen Klimaerwärmungspotenzial immerhin etwa zwanzig bis dreißig Mal geringer ist.

Methan erweist sich allerdings als ziemlich reaktionsträge, sodass die Bakterien Hilfe benötigen, um das Molekül anzugreifen. Hierbei spielt Kupfer eine ganz entscheidende Rolle: Es steuert die Produktion von Enzymen, die eine Oxidation von Methan ermöglichen. Aber wie kommt das Schwermetall in die Bakterien? Und warum richtet es – immerhin ein Zellgift – hier keinen Schaden an?

Stereobild von Methanobactin | Stereobild von Methanobactin: Wenn es Ihnen beim Betrachten gelingt, die Augen parallel zu stellen, sollten sich die Bilder zu einer 3D-Ansicht überlagern.
Wie so oft in der Forschung spielte der Zufall den Wissenschaftlern des Rätsels Lösung in die Hände: Die Gruppe um Hyung Kim von der Universität von Kansas in Lawrence beobachtete eine seltsame Gelbfärbung von Wasser, in denen sich Bakterien der Art Methylosinus trichosporium befanden. Für die Farbe verantwortlich war ein komplexes Molekül, das offensichtlich von den Bakterien ausgeschickt wurde, um Jagd auf die wenigen Kupfer-Ionen zu machen, die sich in dem Wasser befanden. Sobald das pyramidenförmige Molekül auf ein Ion trifft, schließt es dieses fest in seiner Mitte ein und bringt es zu den Bakterien zurück.

Die gute Abschottung des Kupfers in dem von den Forschern Methanobactin getauften Molekül könnte dafür verantwortlich sein, dass es für die Zellen nicht mehr giftig ist. Wie genau aber die Bakterien das Metall aufnehmen, nachdem das Methanobactin an ihnen angedockt hat, ist noch nicht geklärt. Allerdings scheinen sie keinen Wert darauf zu legen, ihre eigenen Kupferjäger zurückzuerhalten – die von dem Nachbar-Bakterium tun es auch.

Einsatz finden könnte das Molekül bei dem Entfernen von Kupfer-Ionen aus Wasser, etwa für die Halbleiterindustrie. Zudem zeigen Chemikalien, die Teilen des Methanobactins ähneln, antibakterielle Wirkung. Dies ist ein möglicher Hinweis darauf, dass die Bakterien es auch dazu einsetzen könnten, um Konkurrenten im Kampf um das Schwermetall aus der Welt zu schaffen – eine Eigenschaft, welche die Forscher demnächst näher untersuchen wollen.

Schreiben Sie uns!

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnerinhalte

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.