https://www.faz.net/-gwz-afzcm

Hilfe aus dem Labor : Grünes Tuning für die Photosynthese

  • -Aktualisiert am

Der Natur hat die Software. Fehlt nur das Betriebssystem.

Dieser Fund brachte Erb auf eine kühne Idee: Er wollte um die ECR-Enzyme herum eine künstliche, hocheffiziente Dunkelreaktion aufbauen. „Das Enzym allein ist nur wie ein neues Computerprogramm“, erklärt der Marburger Wissenschaftler. „Wir mussten nun um es herum sozusagen ein komplettes neues Betriebssystem aufbauen.“ Dazu suchten Erb und sein Team Enzyme zusammen, die jeweils ihre Aufgabe im „Betriebssystem“ möglichst optimal erledigen. Sie fanden sich in so unterschiedlichen Organismen wie Purpurbakterien, Gänserauke und sogar der menschlichen Leber. Einige Enzyme mussten auch chemisch umgebaut werden.

Das Ergebnis nennt sich „CETCH-Zyklus“ und ist eine künstliche Alternative zum Calvin-Zyklus. Mit 15 bis 17 Einzelschritten ist der CETCH-Zyklus vergleichbar komplex, und theoretisch arbeitet er wesentlich effizienter und zudem fehlerfrei. Praktisch musste er das aber erst einmal in einem künstlichen Photosynthesesystem beweisen. Das ist quasi ein Marathonlauf, aber in den vergangenen Jahren gelangen den Marburger Forschern entscheidende Schritte. Sie schafften es, ihren CETCH-Zyklus mit dem Photosynthese-Apparat aus Spinat in einer Art künstlichem Chloroplast zu „verheiraten“. Letzterer liefert wie in einer Pflanze die Energie, die Elektronen und den Wasserstoff für die Dunkelreaktion. Derzeit sind die künstlichen Chloroplasten nichts anderes als mikroskopische Wassertröpfchen, die in einer Ölemulsion schwimmen.

Allerdings erforderte es einige Optimierungsarbeit, bis der „künstliche Spinat“ funktionierte. „Im Reagenzglas ist er aktuell ähnlich effizient wie die natürliche Photosynthese“, sagt Tobias Erb. Das gelang immerhin in wenigen Jahren, im Vergleich zu den Jahrmillionen der Evolution. Verblüffenderweise können die künstlichen Chloroplasten bereits recht komplexe Biomoleküle produzieren. Dazu zählt eine Vorstufe zum Antibiotikum Erythromyzin.

Noch aber sei das reine Grundlagenforschung, betont Erb. Bis es gelingt, mit künstlicher Photosynthese CO₂ aus der Luft in nennenswerten Mengen etwa in kohlenstoffhaltigen Baustoffen zu fixieren, ist der Weg noch weit. So müssen die Marburger Wissenschaftler ihre gegenwärtig nur etwa zwei Stunden lang existierenden künstlichen Chloroplasten langlebiger machen. Alternativ forschen sie auch daran, den CETCH-Zyklus gentechnisch in lebende Zellen einzubauen. „In Kolibakterien ist uns das bereits zu neunzig Prozent gelungen“, berichtet Tobias Erb. Der nächste Schritt ist die genetische Implementierung in einer einzelligen Alge, eine Lebensform, die allerdings wesentlich komplexer ist als ein Bakterium.

Kohlenstofffixierung mittels künstlicher Photosynthese oder mit einer völlig neuen Dunkelreaktion in gentechnisch aufgerüsteten Pflanzen ist also noch Zukunftsmusik. Das Klimasystem aber wartet mit seinen unerwünschten Reaktionen auf den geologisch gesehen plötzlichen Eintrag großer Mengen CO₂ in die Atmosphäre nicht. Wir brauchen erst einmal andere Methoden, um sie hinreichend schnell wieder zu entfernen.

Weitere Themen

So attackiert HIV das menschliche Immunsystem Video-Seite öffnen

Videografik : So attackiert HIV das menschliche Immunsystem

Das HI-Virus greift das menschliche Immunsystem an und schwächt die Abwehr gegen Infektionen. Das am weitesten fortgeschrittene Stadium wird als Aids bezeichnet. Das Virus kann durch eine antiretrovirale Therapie unterdrückt werden.

Ozean der Flammenstürme

Chinesische Mondmission : Ozean der Flammenstürme

Im vergangenen Jahr brachte China seit mehr als 40 Jahren wieder Mondgestein zur Erde. Die Gesteinsproben weisen auf eine späte Erkaltung unseres Trabanten hin – und bergen noch einige andere Überraschungen.

Topmeldungen

Zapfenstreich für Merkel : Abschied mit Fackeln und Schlagern

Mit dem Großen Zapfenstreich verabschiedete sich die Bundeswehr von Angela Merkel nach 16 Jahren im Amt. Die Kanzlerin hält zwei Ratschläge bereit – und freut sich über Schlager aus Ost und West.
Militärübung Zapad: Alexandr Lukaschenko Mitte September auf dem Truppenübungsplatz Obuz-Lesnovsky

Sorgen um die Ukraine : Lukaschenko droht für Putin

Der Minsker Machthaber kündigt „Manöver“ mit Russland nahe der Ukraine an – und stellt sogar die Stationierung russischer Nuklearwaffen in Belarus in Aussicht.
Tritt von der politischen Bühne ab: Sebastian Kurz am Donnerstag in Wien

Österreichs früherer Kanzler : Wie lange ist Kurz weg?

Österreichs früherer Kanzler Sebastian Kurz legt seine politischen Ämter nieder und spricht davon, dass er seine Begeisterung verloren habe. Ob es ein Abschied für immer sein soll, bleibt offen.