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Mikrobiellen Abgas-Fressern auf der Spur

Johannes
Gescher

Beruf:

promovierter Mikrobiologe

Position:

Universitätsprofessor am Institut für Angewandte Biowissenschaften, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Johannes Gescher ist den vielseitigen Stoffwechselleistungen von Bakterien auf der Spur. Er will die Mikroben dazu bringen, Kohlendioxid aus Rauchgas in Biokunststoffe zu verwandeln.

Kunstgeschichte oder Biologie? Johannes Gescher konnte sich in der Schule für beides begeistern. Letztlich gab er dennoch dem Biologiestudium den Vorzug. Also zog er von seiner Geburtsstadt Fulda in die Universitätsstadt Freiburg im Breisgau. Hier faszinierte ihn schon früh die Welt der Kleinstlebewesen: „Noch während des Vordiploms wurde mir klar: meine Zukunft liegt in der Mikrobiologie“, sagt Gescher heute.

Fasziniert vom Mikrobenstoffwechsel

Nach seinem Diplom absolvierte Gescher auch seine Doktorarbeit an der Universität Freiburg unter der Leitung des Mikrobiologen Georg Fuchs – eine Zeit, an die er gerne zurückdenkt. Mit seinem einstigen Mentor steht er auch heute noch in Kontakt. Thematisch beschäftigte sich Gescher während seiner Doktorarbeit damit, wie Mikroorganismen aromatische Substanzen abbauen. In der Arbeitsgruppe waren damals gerade erst neue Stoffwechselwege in den Mikroorganismen entdeckt worden, die er daraufhin genauer untersuchte.

Und schon während dieser Arbeiten zog es ihn in internationale Sphären – er nahm an zwei Mikrobiologiekursen in den USA teil, bei denen er Alfred Spormann kennenlernte. Nach der Promotion wechselte Gescher in dessen Labor an die Stanford University in Kalifornien, um dort als Postdoc zu arbeiten. Seinem Grundinteresse an den außergewöhnlichen Katalysefähigkeiten von Mikroorganismen blieb er dabei treu. „Es passte einfach“, so Gescher. „Es gab zwar einen thematischen Sprung von Aromaten-Abbauwegen hin zu der Fähigkeit von Mikroorganismen, als Katalysatoren zu fungieren. Doch letztlich ging es noch immer um die spannenden Stoffwechselwege und vielfältigen Fähigkeiten von Mikroorganismen.“

Rückkehr mit Elitestipendium

2007 kehrte Gescher als Nachwuchsgruppenleiter nach zwei Jahren aus den USA an die Universität Freiburg zurück. Dabei erhielt er ein Stipendium des Eliteprogramms für Postdoktoranden der Baden-Württemberg-Stiftung. „Das ist eine wirklich tolle Fördermaßnahme“, sagt Gescher. „Durch dieses Stipendium kann man als Heimkehrer und junger Wissenschaftler einen Doktoranden einstellen, und wird gleichzeitig auch noch über Fortbildungsmaßnahmen betreut.“ Anschließend war er Vertretungsprofessor für Mikrobiologie an der Universität Freiburg, bevor er 2011 als Professor für Angewandte Biologie am Institut für angewandte Biowissenschaften (IAB) zum Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wechselte.

„Das Alleinstellungsmerkmal meiner Forschungsgruppe am KIT ist, dass wir über ein systembiologisches Verständnis unsere Organismen verfügen wollen, bevor wir sie molekularbiologisch verändern, um sie zur Produktion bestimmter Stoffe einzusetzen“, erläutert Gescher.

Von Abgas zu Bioplastik

Die zwei vermutlich umfangreichsten öffentlich geförderten Forschungsprojekte, an denen Gescher beteiligt ist, heißen „BioElectroPlast“ und „ZeroCarb FP“. Bei dem Projekt ZeroCarb FP handelt es sich um eine industriell geführte strategische Allianz, bei der Gescher als akademischer Forschungspartner eng mit den Industriepartnern Südzucker AG und BRAIN AG zusammenarbeitet. Das Ziel: Kohlendioxid aus Abgasströmen in werthaltige chemische Verbindungen zu verwandeln. Die Rolle der Umwandlung übernehmen auch hier die unter anderem von Gescher entwickelten Biokatalysatoren. 

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte, und von Gescher geleitete Projekt „BioElectroPlast“ hingegen hat zum Ziel, ein ressourcenschonendes Verfahren zur Herstellung von Bioplastik zu entwickeln. Außerdem soll „BioElectroPlast“ einen Weg aufzeigen, Kohlendioxid als leicht verfügbaren Rohstoff in die Wertschöpfungskette einzubauen.

Gescher: „Wir wissen bereits seit etwa sechs Jahren, dass manche Mikroorganismen Strom sozusagen fressen – also als Energiequelle aufnehmen – können. Mithilfe der mikrobiellen Katalyse könnten Mikroben demnach nachhaltig produzierten Strom in organische Wertstoffe umsetzen.“ Gescher und sein Team haben Mikroben ausgewählt, die in der Lage sind, Kohlendioxid aus Rauch- und Abgasen als Substrat für ihren Stoffwechsel zu nutzen. Die erste Substanz, die sie so produzieren wollen, ist der Biokunststoff Polyhydroxybuttersäure. Seit Herbst 2016 unterstützt das BMBF das Verbundprojekt im Rahmen seiner Initiative „CO2Plus – Stoffliche Nutzung von CO2 zur Verbreiterung der Rohstoffbasis“ für drei Jahre mit insgesamt knapp 1,6 Mio. Euro.

Neben dem IAB am KIT beteiligt sich auch die Universität Freiburg an dem Projekt. Die EnBW, ein Strom- und Gasanbieter in Baden-Württemberg, steuert das Hintergrundwissen auf dem Sektor der erneuerbaren Energie und das Rauchgas für die Mikroben bei. „Unsere Idee für die Zukunft ist es, CO2-Wäsche aus Abgasen zu betreiben, und das fixierte CO2 mittels spezieller Mikroorganismen einer stofflichen Nutzung zuzuführen“, fasst Gescher das Vorhaben zusammen. Gescher betont: „Die Organismen, die bisher Bioplastik produziert haben, haben dazu Glucose als Futtermittel verwendet. Wir geben unseren Mikroben hingegen Kohlendioxid zu fressen.“

Beitrag zu einer nachhaltigen Industrie

Für die Zukunft führt für Gescher kein Weg vorbei an einer biobasierten Wirtschaft. Gerade auf dem Feld der Biokatalysatoren sieht er großes Potenzial. Der Biotechnologe selbst betrachtet sein Forschungsthema aus zweierlei Blickwinkeln: „Zum einen interessieren mich noch immer die vielfältigen Stoffe, die von Mikroorganismen unter den unterschiedlichsten Bedingungen katalysiert werden können. Zum anderen sehe ich auch die Notwendigkeit, einen Beitrag zu einer nachhaltigen Wirtschaft zu leisten.“ Doch in dem Projekt „BioElectroPlast“ stehe man gerade erst am Anfang. „In etwa drei Jahren wollen wir einen Demonstrator aufbauen, mit dem wir in kleinem Maßstab die CO2-Fixierung und Umwandlung testen können“, sagt Gescher.

Abschalten beim Ultra-Marathon

Als Studiendekan am KIT kümmert sich Gescher jedoch nicht nur um seine Forschungsprojekte und die Industriepartner, sondern auch um die Studierenden und deren Zukunft mit und in der Mikrobiologie. Die Zusammenarbeit mit und Unterstützung von dem Zwingenberger Bioökonomie-Unternehmen BRAIN AG schätzt er dabei als besonders wertvoll ein. Außerdem empfiehlt er seinen Studierenden in der Biotechnologie das Buch „Intelligent Wachsen“ von Ralf Fücks als Lektüre.

Angehenden Studierenden rät er zudem, sich bei der Studienfachwahl nicht von vermeintlichen Trendfächern leiten zu lassen. „Man kann nur auf dem Gebiet gut sein, auf dem man auch Interesse und Talent hat.“ Auch Auslandserfahrungen hält Gescher für extrem wichtig. Er selbst habe vor allem die interdisziplinäre Offenheit am Stanford-Campus sehr zu schätzen gelernt, und versuche diese Atmosphäre auch am KIT aufrecht zu erhalten.

Wenn Gescher nach getaner Lehr- und Forschungsarbeit doch einmal von der Arbeit rund um die außergewöhnlichen Fähigkeiten der Mikroorganismen abschalten will, treibt es ihn nach draußen, wo er selbst einem nicht minder außergewöhnlichen Sport nachgeht: „Ich laufe Ultramarathon, also ab 60 Kilometer aufwärts. Ich genieße das dann richtig, wenn ich morgens loslaufe und weiß, die nächsten zehn Stunden sind genau vorhersehbar – und ich mache nichts anderes als laufen.“ Bei so einem Marathonlauf wird übrigens auch jede Menge CO2 freigesetzt - der Rohstoff, mit dem Gescher theoretisch auch seine Mikroorganismen füttern könnte.

Autorin: Judith Reichel

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