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Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Hefen sind die unsichtbaren kleinen Helfer der Bioökonomie. Mit ihrer Hilfe können biologische Ressourcen erschlossen, neue biobasierte Produkte hergestellt und Produktionsprozesse nachhaltiger und effizienter werden. Auf der Suche nach neuen Mikroorganismen für biotechnologische Anwendungen wollen Forschende im neu gestarteten EU-Projekt XTREAM nun die extremen Lebensräume der Erde unter die Lupe nehmen. An dem Vorhaben sind 13 Forschungseinrichtungen aus sieben Ländern beteiligt – darunter das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.
Potenziale extremophiler Mikroorganismen erkunden
„Mikroorganismen aus extremen Lebensräumen sind die größten Problemlöser der Natur. Mit XTREAM wollen wir ihr volles Potenzial ausschöpfen, um drängende Herausforderungen zu bewältigen“, sagt Projektleiter Antonio García-Moyano vom NORCE Norwegian Research Centre.
Viele der bekannten mikrobiellen Werkzeuge wie das Kolibakterium Escheria Coli oder die sogenannte Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae sind für extreme Prozessbedingungen wie hohe Temperaturen ungeeignet. Ganz anders extremophile Mikroorganismen – sie haben sich an die lebensfeindlichen Bedingungen angepasst und über Millionen Jahre hinweg Eigenschaften entwickelt, um unter extremen Umweltbedingungen wie starkem Druck oder hohen Temperaturen zu überleben.
Enzyme aus der Tiefsee für biotechnologische Anwendungen
Das GEOMAR-Team ist auf die Erforschung von Tiefseeschwämmen und Mikroben, die mit ihnen in Symbiose leben, spezialisiert. Im Rahmen des EU-Projektes wird die Forschungsgruppe um Erik Borchert gezielt nach neuen Biokatalysatoren suchen, also Enzymen, die biochemische Reaktionen ermöglichen oder beschleunigen. „Wenn wir ihre Mechanismen verstehen, können wir völlig neue Wege für biotechnologische Anwendungen erschließen“, so Borchert, Umweltmikrobiologe am Kieler GEOMAR.
Nicht nur in Tiefseeschwämmen auch in Gletschern, heißen Quellen und sauren Bergbaugebieten will das internationale Forschungsteam nach potenziellen Mikroorganismen für innovative Anwendungen in der Pharmazie, Medizin, Landwirtschaft sowie Futter- und Lebensmittelproduktion suchen. Die Suche nach neuen Werkzeugen für die Biotechnologie soll dabei möglichst umweltfreundlich und nachhaltig erfolgen. „Mit modernsten Technologien wie mikrofluidischen Analysen, künstlicher Intelligenz und hoch entwickelten Drohnen kombinieren wir Innovation mit Umweltverantwortung“, betont García-Moyano.
Schlüssel für nachhaltiges Wirtschaften in Europa
Die Forschenden sind überzeugt: Mikroben, die unter so extremen Umweltbedingungen überleben, können „der Schlüssel zu neuen Medikamenten, biochemischen Stoffen und stabilen Enzymen sein“ und damit einen wesentlichen Betrag „zur Entwicklung einer umweltfreundlichen, nachhaltigen Wirtschaft in Europa“ leisten. „XTREAM beschleunigt den Weg von der Entdeckung bis zur Anwendung und schafft biobasierte Lösungen, die mit den europäischen Klimazielen im Einklang stehen“, so García-Moyano.
Das Projekt XTREAM wird im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon Europe von der Europäischen Union von 2025 bis 2028 mit insgesamt 4.460.000 Euro gefördert.
bb
Microorganisms such as bacteria, fungi and yeasts are the invisible little helpers of the bioeconomy. With their assistance, biological resources can be utilised, new bio-based products can be manufactured and production processes can be made more sustainable and efficient. In the search for new microorganisms for biotechnological applications, researchers in the newly launched EU project XTREAM now want to take a closer look at the earth's extreme habitats. Thirteen research institutions from seven countries are involved in the project - including the GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel.
Exploring the potential of extremophile microorganisms
‘Microorganisms from extreme habitats are nature's greatest problem solvers. With XTREAM, we want to exploit their full potential to tackle pressing challenges,’ says project leader Antonio García-Moyano from the NORCE Norwegian Research Centre.
Many of the known microbial tools such as the coliform bacterium Escheria coli or the so-called baker's yeast Saccharomyces cerevisiae are unsuitable for extreme process conditions such as high temperatures. Extremophilic microorganisms are quite different - they have adapted to hostile conditions and have developed characteristics over millions of years to survive under extreme environmental conditions such as high pressure or high temperatures.
Enzymes from the deep sea for biotechnological use
The GEOMAR team specialises in researching deep-sea sponges and the microbes that live in symbiosis with them. As part of the EU project, the research group led by Erik Borchert will specifically search for new biocatalysts, i.e. enzymes that enable or accelerate biochemical reactions. ‘If we understand their mechanisms, we can open up completely new avenues for biotechnological applications,’ says Borchert, an environmental microbiologist at GEOMAR in Kiel.
The international research team wants to search not only in deep-sea sponges but also in glaciers, hot springs and acidic mining areas for potential microorganisms for innovative applications in pharmacy, medicine, agriculture, feed and food production. The search for new tools for biotechnology should be as environmentally friendly and sustainable as possible. ‘Using state-of-the-art technologies such as microfluidic analyses, artificial intelligence and highly developed drones, we combine innovation with environmental responsibility,’ emphasises García-Moyano.
Key to a sustainable economy in Europe
The researchers are convinced that microbes that survive under such extreme environmental conditions can be ‘the key to new medicines, biochemical substances and stable enzymes’ and thus make a significant contribution ‘to the development of an environmentally friendly, sustainable economy in Europe’. ‘XTREAM accelerates the path from discovery to application and creates bio-based solutions that are in line with European climate goals,’ says García-Moyano.
The XTREAM project is being funded by the European Union as part of the Horizon Europe research and innovation programme from 2025 to 2028 with a total of 4,460,000 euros.
bb