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27.02.2017

Biogas: Methan-Katalysator nachgebaut

Forschern aus Großbritannien und Leipzig ist es erstmals gelungen, ein für die natürliche Methanbildung nötiges Co-Enzym im Labor herzustellen.

Etwa 40 Prozent der Methanemission geht auf die Rinderhaltung zurück.
Quelle: 
Andreas Hermsdorf / pixelio.de

Methan ist neben Kohlendioxid das klimaschädlichste Gas, das entscheidend zur Erderwärmung beiträgt. Sowohl auf dem Meeresgrund als in den Erdoberflächen ist das Gemisch zu finden und wird stets neu gebildet. Das Gros der an der erdnahen Oberfläche erzeugten Methanvorkommen entsteht dabei mithilfe von Mikroorganismen. Etwa eine Milliarde Tonne Methan werden jährlich von Mikroben produziert, wobei jedoch ein Drittel in die Erdatmosphäre wieder entweicht. Trotz seines Rufs als Klimakiller ist Methan eine wichtige Energiequelle und das Hauptprodukt bei der Biogasherstellung. In Biogasanlagen wirken dabei die gleichen Mikroorganismen bei der Methanbildung wie im Magen-Darmtrakt von Rindern oder Schafen.

Methankatalysator identifiziert

"Die biologische Methanbildung ist ein wichtiger Prozess beim globalen Kohlenstoff- beziehungsweise Biomassekreislauf. Es wird von spezialisierten, unter anaeroben Bedingungen lebenden Mikroorganismen gebildet. Diese Organismen sind unter anderem in den Sedimenten von Seen oder Sümpfen zu finden oder beispielsweise im Verdauungstrakt von Wiederkäuern", erklärt Gunhild Layer vom Institut für Biochemie der Universität Leipzig. Gemeinsam mit  britischen Kollegen von der University of Kent konnte die Biochemikern erstmals aufklären, wie dieser "Methankatalysator" entsteht. Über die Ergebnisse berichtet das Forscherteam im Fachjournal „Nature“.

Bekannt war, dass ein spezielles Enzym namens Methyl-Coenzym-M-Reduktase notwendig ist, damit Mikroorganismen in der Natur überhaupt Methan bilden können. Dieses Eiweißmolekül braucht allerdings einen molekularen Assistenten - das sogenannte Co-Enzym F430 - um korrekt zu funktionieren. In seiner chemischen Struktur gleicht F430 der des roten Blutfarbstoffs beim Menschen und dem grünen Pflanzenfarbstoff Chlorophylls - es ist ein komplexes Ringmolekül mit einem Nickel-Atom darin. Wie das Co-Enzym in der Natur entsteht, war bisher allerdings kaum bekannt. Diese Lücke konnte das deutsch-britische Forscherteam jetzt schließen.

Enzymatische Methansysthese im Labor nachgestellt

Um zu verstehen, wie in der Natur das Co-Enzym F430 gebildet wird, haben die Wissenschaftler die an dessen Biosynthese beteiligten Enzyme einzeln produziert, gereinigt und ihre Aktivität getestet. "Es war ein langer und schwieriger Weg bis zur kompletten enzymatischen Synthese des Coenzyms F430, aber die Mühe hat sich gelohnt", sagt Layer. Im Ergebnis konnten die Forscher so erstmals im Labor den natürlichen Protagonisten der Methanbildung herstellen. "Die Aufklärung des Biosynthesewegs für Coenzym F430 vervollständigt unser Wissen über die Bildung der sogenannten 'Farbstoffe des Lebens' zu denen auch Coenzym F430 gehört“, ergänzt britische Forscher Martin Warren.

bb/pg

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