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Moose: »Moose waren schon da, als unsere Vorfahren noch im Meer trieben«

Von Klimaschutz bis Arzneiproduktion: Moosforscher Ralf Reski erklärt, was diese urtümlichen Pflanzen alles können.
Wassertröpfchen am Moos

Moos hat im Frühjahr regelmäßig Konjunktur. Für die einen als Polstermaterial für Osternester, für die anderen als ewiges Ärgernis im Rasen. Doch die kleinen, eher unscheinbaren Pflanzen haben mehr Potenzial, als man ihnen auf den ersten Blick zutrauen würde. Sie sind echte Überlebenskünstler und Zeitzeugen aus den frühen Tagen der Pflanzenevolution. Als Klimaschützer, Wasserspeicher und Moorarchitekten leisten sie unschätzbare Dienste für Ökosysteme und Menschen. Und mit biotechnologischer Unterstützung können sie sogar Medikamente herstellen. Im Gespräch mit »Spektrum.de« teilt Ralf Reski von der Universität Freiburg seine Faszination für die ältesten Landpflanzen der Erde.

»Spektrum.de«: Wenn es um das Thema Moos geht, scheinen viele Menschen zuerst an lästiges Grünzeug in ihrem Garten zu denken. Machen Sie diese Erfahrung auch?


Ralf Reski: Das ist tatsächlich die häufigste Frage, die mir gestellt wird: »Wie kriege ich das Moos aus meinem Rasen?«

Und? Was antworten Sie?

Ich empfehle immer, es einfach drin zu lassen. Dann hat man zwar weniger Gras, die Fläche wird aber ökologisch wertvoller. Wenn man das nicht will, kann man den Rasen natürlich vertikutieren und das Moos dadurch mechanisch entfernen. Doch auf Dauer hilft das nicht: Es kommt zurück. Vor allem dort, wo es schattig und feucht ist. Ob man Moos unbedingt aus dem Garten verbannen will, ist übrigens eine kulturelle Frage. In Japan gibt es eine ganz andere Tradition, man legt sogar spezielle Moosgärten an. Dieser Trend wird inzwischen auch bei uns beliebter. Und generell habe ich das Gefühl, dass sich seit etwa zehn Jahren immer mehr Menschen für diese faszinierenden Pflanzen interessieren.

Gilt das auch für die Wissenschaft?

Da wächst das Interesse ebenfalls. Aber wenn wir eine internationale Tagung zur Molekularbiologie der Moose machen, nehmen daran vielleicht 200 Menschen teil. Bei einem Kongress zu Arabidopsis thaliana, der Ackerschmalwand, können es leicht mehr als 3000 sein. Obwohl es dann nur um eine einzige Art geht. Moosforschung ist also immer noch ein Randgebiet. Dabei sind die Moose nach den Blütenpflanzen die zweitgrößte Pflanzengruppe überhaupt, weltweit gibt es 16 000 bis 20 000 verschiedene Arten. Und man kann die Evolution der Landpflanzen eigentlich gar nicht verstehen, wenn man keinen Blick auf die Moose wirft.

Warum nicht?

Vor etwa 500 Millionen Jahren haben sich aus im Süßwasser lebenden Grünalgen die ersten Landpflanzen entwickelt. Das waren zwar noch keine Moose, doch sie hatten schon viel mit diesen gemeinsam. Zum Beispiel besaßen sie keine Wurzeln, es gab damals ja noch kein Erdreich, aus dem sie ihre Nährstoffe holen konnten. Sie versorgten sich also aus der Luft und aus den Felsen. Und das machen die Moose immer noch so. Sie sind die ursprünglichsten Pflanzen, die wir heute noch vorfinden. Moose waren schon da, als unsere eigenen Vorfahren noch ein bis zwei Millimeter groß waren und im Meer trieben. Und sie haben sich in dieser langen Zeit äußerlich kaum verändert. Man hat zum Beispiel welche gefunden, die vor 350 Millionen Jahren in Bernstein konserviert wurden. Die sehen den heute lebenden Arten so ähnlich, dass man sie problemlos bestimmen kann.

Dann hat sich seit Jahrmillionen nicht viel getan in der Moos-Evolution?

Das betrifft nur die äußere Erscheinung. Genetisch gesehen hat es durchaus sehr interessante Entwicklungen gegeben. Die frühen Landpflanzen standen vor großen Herausforderungen wie Hitze, Kälte und Trockenheit. Sie brauchten daher Gene, die es ihnen ermöglichten, mit solchen Stressfaktoren fertigzuwerden. Und dank solcher Innovationen sind Moose sehr widerstandsfähige Pflanzen. Viele kommen zum Beispiel ganz lange ohne Wasser aus. Sie werden dann zwar braun, erwachen beim nächsten Regen aber wieder zum Leben. Kollegen in Kanada haben im Labor sogar ein Moos aus der Antarktis zum Wachsen gebracht, das mehr als 1500 Jahre lang unter einem Gletscher eingefroren war.

Moose können also auch extreme Lebensräume besiedeln?

Ralf Reski | ist Professor für Pflanzenbiotechnologie und ehemaliger Dekan der Fakultät für Biologie der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Sein Forschungsschwerpunkt sind Moose. Er war maßgeblich daran beteiligt, dass Moose inzwischen auch als Modellorganismen für verschiedene Forschungsgebiete dienen.

Ja. Sie sind im Grunde Generalisten, die etliche unterschiedliche Stoffwechselwege zur Verfügung haben. Wenn einer nicht funktioniert, können sie auf andere ausweichen. Deshalb passen sie sich an viele verschiedene Lebensräume an. Sie sind eine extrem erfolgreiche Pflanzengruppe, die weltweit fast überall vorkommt.

Welche Rolle spielen sie in ihren Ökosystemen?

Eine sehr wichtige. Mit ihren Stämmchen und Blättchen bilden viele Laubmoose winzige Wälder, in denen ebenso winzige Bewohner wie Insekten und Bakterien leben. Moose sind zudem echte Pioniere, die selbst auf kahlen Felsen oder Beton wachsen können. Und ohne die Torfmoose aus der Gattung Sphagnum gäbe es keine Moore. Diese Pflanzen schaffen also ganze Ökosysteme.

Wie machen sie das?

Torfmoose sind ganz ungewöhnliche Pflanzen mit speziellen Talenten. Sie wachsen oben immer weiter, während sie unten braun werden. Aus den abgestorbenen Teilen bildet sich Torf, so dass das Moor langsam höher wird. Die Geschichte mancher Moore reicht 10 000 Jahre in die Vergangenheit. Doch die Torfmoose, die man heute dort findet, sind noch dieselben Individuen wie damals. Diese Pflanzen können also extrem alt werden. Und sie haben einen großen Einfluss auf ihre Umgebung. Sie schaffen zum Beispiel ein saures Milieu, das viele andere Pflanzen nicht vertragen. Und sie können bis zum 20-Fachen ihres eigenen Gewichts an Wasser aufnehmen, so dass Moore sehr effiziente Wasserspeicher sind.

Man hört auch immer, dass diese Ökosysteme lebende Klimaschützer sind …

Das stimmt auf jeden Fall. Die Moore der Erde speichern doppelt so viel Kohlenstoff wie alle Wälder zusammen. Deshalb sind der Erhalt und die Wiedervernässung von Mooren extrem wichtig. Wenn sie in gutem Zustand sind, können sie sehr viel zum Klimaschutz beitragen. Und das ist eine Leistung, die auf immer mehr Interesse stößt. Nicht umsonst hat das Bundesumweltministerium im Jahr 2021 eine Nationale Moorschutzstrategie veröffentlicht. Vor 10 oder 15 Jahren wäre das noch undenkbar gewesen. Das Image der Moore hat in den letzten Jahrzehnten einen Riesenwandel erlebt. Früher wollte man sie vor allem trockenlegen, um die Flächen bewirtschaften und zur Torfgewinnung nutzen zu können.

Torfmoor mit Sphagnum | Moose der Gattung Sphagnum schaffen komplette, eigene Ökosysteme: Sie können dabei das 20-Fache ihres Gewichts an Wasser speichern. Gleichzeitig halten ihre abgestorbenen Teile enorme Mengen an Kohlenstoff zurück und sind damit eine CO2-Senke. Damit können sie den Klimawandel dämpfen.

Heute noch Torf in lebenden Mooren abzubauen, ist aus Umwelt- und Klimaschutzgründen keine gute Idee. Aber Ihre Arbeitsgruppe hat inzwischen Möglichkeiten gefunden, Torfmoose im Labor zu vermehren. Wird man Torf in Zukunft also gezielt produzieren können?

Das ist durchaus möglich. Wir haben viel Erfahrung darin, Moose in Biorektoren zu vermehren. Das klappt inzwischen auch bei Torfmoosen. Dabei war das gar nicht so einfach. Normalerweise holt man sich die Sporen von Moosen ins Labor und lässt daraus dann die Pflanzen wachsen. So bekommt man Kulturen, die aus einer einzigen Pflanze hervorgegangen sind und keine Kontaminationen wie Bakterien oder Pilze enthalten. Nur produzieren die Torfmoose sehr selten Sporen, weil sie ja einfach immer weiter wachsen. Wir wissen noch gar nicht, wie man sie im Labor zum Sex kriegen könnte. Aber wir können unsere Kulturen jetzt auch aus dem grünen Teilen gewinnen. Inzwischen haben wir knapp 30 Sphagnum-Arten in Kultur, das ist die größte Sammlung von solchen Laborstämmen weltweit.

Und diese Torfmoose könnte man im Freiland anbauen?

Genau. Das ist die Idee, die wir zusammen mit Fachleuten der Universität Greifswald entwickelt haben. Die Torfmoose wachsen bei uns im Labor deutlich schneller als im Freiland. Und wir können sie durch Tiefgefrieren konservieren. So können wir Material gewinnen, das man dann auf bereits abgetorften Moorflächen ausbringen kann. Wir haben das auf Versuchsflächen im Hankhauser Moor in Niedersachsen getestet und hatten erst befürchtet, dass unsere Laborpflanzen vielleicht zu verhätschelt für die freie Natur sind. Erstaunlicherweise haben sie jedoch überhaupt keine Abhärtungsphase gebraucht, sondern sind gleich ganz normal gewachsen. Nach etwa fünf bis sieben Jahren kann man aus diesen Moosen Weißtorf gewinnen, der zum Beispiel für die Orchideenzucht oder den Gartenbau ein sehr gutes Substrat darstellt. Alternativ könnte man die Pflanzen aus dem Bioreaktor natürlich ebenso für die Renaturierung von Mooren nutzen.

Was wächst denn sonst noch in Ihren Bioreaktoren?

Angefangen haben wir mit dem Kleinen Blasenmützenmoos Physcomitrella patens. Das wächst im Herbst an trockenfallenden Bachufern und vollendet in drei Monaten seinen kompletten Lebenszyklus. Es ist also eine sehr kurzlebige Pflanze, die schnell viele Generationen produziert. Von diesem Moos lassen wir im Labor den fädigen Vorkeim wachsen, ein frühes Entwicklungsstadium. Das kann man sich vorstellen wie ein grünes Geflecht. Da die Zellen sehr regenerationsfähig sind, können wir davon natürliche Klone gewinnen. In allen unseren Reaktoren wächst also genetisch identisches Material.

Wie sieht so ein Bioreaktor für Moose aus?

Im Labor sind das Gefäße mit einer Nährlösung, die zwischen 5 und 20 Liter fassen. Bei der Firma Eleva, die ich 1999 gegründet habe, stehen noch größere Reaktoren mit einem Fassungsvermögen bis zu 500 Litern. Gerade bei den größeren ist die richtige Beleuchtung eine Herausforderung: Wir müssen idealerweise dafür sorgen, dass alle unsere Pflanzen Licht bekommen. Gleichzeitig sollen die außen im Reaktor schwimmenden Exemplare aber auch nicht verbrennen. Und natürlich müssen wir dafür sorgen, dass der Gasaustausch zwischen den Pflanzen und ihrer Umgebung funktioniert. Die kleinen Reaktoren werden dazu geschüttelt, bei den großen wird Luft durchgeblasen. Die Steuerung einer solchen Anlage ist eine Wissenschaft für sich. Zumal unterschiedliche Arten auch unterschiedliche Ansprüche an die Temperatur, den pH-Wert und die Nährstoffe stellen. Ein bestimmtes Moos aus der Natur ins Labor zu bringen, sieht zwar einfach aus, braucht aber sehr viel Arbeit.

Was machen Sie mit dem Material, das Sie in diesen Anlagen gewinnen?

Wir benutzen es zum Beispiel für genetische Untersuchungen. In einem internationalen Team haben wir vor ein paar Jahren das gesamte Genom des Kleinen Blasenmützenmooses sequenziert. Dabei haben wir rund 35 000 Gene gefunden, in denen die Bauanleitungen für Proteine verschlüsselt sind. Eine Pflanze, die nicht einmal Blüten, Holz oder Wurzeln besitzt, hat also 10 000 Gene mehr als wir Menschen! Das kratzt natürlich ein bisschen an unserem Selbstverständnis als Krone der Schöpfung. Und man fragt sich unwillkürlich: Wofür braucht das Moos all diese Erbinformationen?

Wie kann man das herausfinden?

Im Labor schalten wir einzelne Gene gezielt über so genanntes Gene Targeting aus und schauen dann, was diese Knockout-Moose anschließend noch können und was nicht. Wir haben diese reverse Genetik inzwischen bei mehr als 100 Genen gemacht, um zu sehen, für welche Stoffwechselwege sie jeweils zuständig sind, und haben zum Beispiel festgestellt, dass Moose zwar kein Lignin produzieren, durch das bei Blütenpflanzen die Zellen verholzen. Sie haben aber durchaus einige Enzyme, die für die Biosynthese dieses Moleküls wichtig sind. Die Moose nutzen diese Werkzeuge für die Produktion der Kutikula. Das ist eine wachsartige Schicht an der Zelloberfläche, mit der sich Pflanzen vor einem zu großen Wasserverlust schützen.

Moos-Bioreaktor | Moose waren im Labor lange schwer zu züchten, doch mittlerweile gelingt dies auch in größeren Bioreaktoren ganz gut. Hier ein Beispiel aus dem Reski-Labor.

Und haben Sie noch andere Schutzmechanismen entdeckt?

Eindeutig. Überhaupt brauchen Moose einen guten Teil ihrer Gene für verschiedene Schutzmechanismen. Sie produzieren viel mehr bioaktive Substanzen, als Blütenpflanzen es tun. Dazu gehören zum Beispiel verschiedene Waffen gegen Feinde. Oder mehrfach ungesättigte Fettsäuren, die als Gefrierschutz dienen und die Membranen weich und flexibel machen. Für die Moose sind solche Substanzen wichtig, um mit den Herausforderungen ihrer Umwelt zurechtzukommen.

Wenn Moose schon von Natur aus kleine Chemiefabriken sind: Können sie dann auch Substanzen produzieren, die uns Menschen nützen?

Tatsächlich arbeiten wir daran, in Moosen menschliche Proteine zu gewinnen, die man später als Arzneimittel nutzen kann. Dazu müssen wir das Erbgut der Pflanzen so verändern, dass sie nicht nur das Protein selbst produzieren, sondern an bestimmten Stellen auch noch Zuckerstrukturen anbauen, die denen im Menschen möglichst ähnlich sind. Die Firma Eleva beschäftigt sich intensiv mit solchen Herausforderungen. Und wirklich hat sie mit einem Enzym namens Alpha-Galactosidase A schon das erste menschliche Protein aus Moosproduktion sehr erfolgreich durch die klinische Phase I gebracht.

Wofür könnte dieses Enzym eingesetzt werden?

Zur Behandlung von Morbus Fabry, einer seltenen Stoffwechselerkrankung. Die Betroffenen können das Enzym gar nicht oder nicht in ausreichenden Mengen herstellen. Dadurch sind die Entgiftungswege im Körper gestört. Das lässt sich durch eine Enzymersatztherapie behandeln, bei der den Patienten das fehlende Enzym regelmäßig gespritzt wird. Es gibt schon entsprechende Medikamente auf dem Markt. Die werden aber in tierischen Zellen hergestellt. Und unsere Daten weisen darauf hin, dass Moose das vielleicht besser können.

Welche Vorteile hat die Herstellung von Medikamenten in Moosen?

Viele Medikamente werden heute in gentechnisch veränderten Bakterien hergestellt. Das ist jedoch nicht bei allen möglich. Für die Produktion von Antikörpern, Glykoproteinen und vielen anderen menschlichen Proteinen verwendet man daher die so genannte CHO-Zelllinie, die aus den Eierstöcken des Chinesischen Zwerghamsters gewonnen wurde. Moose können die gewünschten Substanzen allerdings in höherer Qualität und Reinheit herstellen als tierische Zellen. Und die gewonnenen Proteine sind auch leichter zu reinigen. Denn man kann die Moose mit einem genetischen Trick dazu bringen, das Produkt aus den Zellen in das Medium im Bioreaktor abzugeben.

Arbeiten Sie auch noch an anderen Kandidaten für Medikamente aus Moos-Produktion?

Ja, wir beschäftigen uns etwa intensiv mit dem so genannten Faktor H. Das ist ein sehr komplexes Protein aus dem Blutplasma, das die Regulation des angeborenen Immunsystems beeinflusst. In tierischen Zellen lässt es sich nur schwer herstellen, aber die Moose können das. Und das ist vielleicht eine große Chance. Denn ein Mangel an Faktor H führt zu übermäßigen Entzündungen und einem Risiko für Gewebeschäden. Für die Behandlung vieler anderer Krankheiten könnte dieses Protein ebenfalls interessant sein. Zum Beispiel, wenn es um die altersbedingte Makuladegeneration geht, die zum Erblinden führen kann. Oder bei schweren Virusinfektionen. Wir haben beispielsweise die Hoffnung, dass Faktor H gegen Long Covid helfen könnte. Das hat uns natürlich elektrisiert. Deswegen wollen wir möglichst bald mit klinischen Studien der Phase I beginnen.

Moose überziehen Totholz | Moose wachsen fast überall, also auch auf anderen Pflanzen. Sie leisten dabei einen wichtigen Beitrag für die Gesundheit des Ökosystems, indem sie beispielsweise Wasser speichern.

Wollen Sie und Ihr Team ein Medikament aus Moos-Produktion bis zur Marktreife entwickeln?

Als Universität können wir so etwas nicht leisten, das ist Firmensache und immer eine Frage des Geldes. Die Alpha-Galactosidase durch die klinischen Phasen II und III und dann auf den Markt zu bringen, würde nach unseren Schätzungen etwa 350 Millionen Euro kosten. Da müsste sich ein Investor finden.

Menschliche Proteine können Moose nur durch gentechnische Veränderungen herstellen. Kann man denn auch Substanzen nutzen, die sie von Natur aus produzieren?

Auf jeden Fall. Wir arbeiten etwa mit der Schweizer Firma Mibelle Biochemistry zusammen. Die verkauft schon einen natürlichen Anti-Aging-Wirkstoff aus Moos, der in vielen Hautcremes verwendet wird. Und ich bin sicher, dass es noch viel mehr interessante Substanzen zu entdecken gibt. Wir haben ja erst einen kleinen Teil der Vielfalt der Moose und ihrer biochemischen Inhaltsstoffe erforscht.

Ein guter Teil der biologischen Vielfalt der Erde droht zu verschwinden, bevor sie überhaupt entdeckt wurde. Besteht diese Gefahr bei Moosen ebenfalls?

Ich kenne kaum Berichte über größere Artensterben bei Moosen. Das kann natürlich daran liegen, dass man ihre Vorkommen zu wenig untersucht. Es hängt aber wohl auch mit ihrer enormen Widerstandsfähigkeit zusammen. Diese Pflanzen haben schon die Dinosaurier kommen und gehen sehen. Und wenn wir nicht aufpassen, werden sie wahrscheinlich auch uns Menschen gehen sehen.

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