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21.03.2019

Gestatten: Aromatoleum

Oldenburger Mikrobiologen beschreiben eine neue Bakteriengattung, die helfen kann, belastete Böden zu sanieren.

Mikrobiologe Ralf Rabus vor dem Massenspektrometer, einem seiner wichtigsten Forschungsgeräte.
Mikrobiologe Ralf Rabus vor dem Massenspektrometer, einem seiner wichtigsten Forschungsgeräte.
Quelle: 
Universität Oldenburg/Daniel Schmidt

Sie sind außergewöhnlich, und das soll sich jetzt auch durch einen eigenen Namen zeigen: 13 Bakterienarten, die Mikrobiologen bislang zur Gattung Azoarcus zählten oder noch nicht klassifiziert hatten, bilden ab jetzt die Gattung Aromatoleum. Sie können etwas, das andere Bakterien nicht beherrschen – sehr stabile chemische Verbindungen abbauen, und das an Orten, an die praktisch kein Sauerstoff gelangt. Damit sind sie perfekte Kandidaten für die Umweltbiotechnologie, wie Meeresforscher der Universität Oldenburg in den Fachjournalen „International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology“ und „Applied and Environmental Microbiology“ berichten.

Schatztruhe für die Biotechnologie

„Diese Gruppe von Bakterien ist wie eine Schatztruhe für neue biochemische Reaktionen, die bei der Sanierung belasteter Böden helfen könnten. Aber sie sind auch für Grundlagenforschung und Biotechnologie interessant“, schildert Ralf Rabus, Mikrobiologe am Oldenburger Institut für Chemie und Biologie des Meeres. Die beschrieben Arten leben in sauerstofffreien Bodenschichten und Gewässersedimenten. Ähnlich wie die Vertreter der Gattung Azoarcus, die im pflanzlichen Wurzelraum vorkommen, können sie organische Verbindungen abbauen und verwerten. Aufgrund ihres Lebensraumes benötigen sie für diese Reaktionen jedoch keinen Sauerstoff.

Abbau aromatischer Verbindungen ohne Sauerstoff

Die Bakterien der Gattung Aromatoleum sind dabei in der Lage, auch chemisch robuste Umweltgifte abzubauen, die zur Gruppe der Aromaten zählen. Darunter verstehen Chemiker Ringe aus sechs Kohlenstoffatomen mit unterschiedlichen Seitengruppen. „Der aromatische Ring ist chemisch sehr stabil. Daher dachte man noch vor wenigen Jahrzehnten, dass Mikroben ohne Sauerstoff überhaupt nicht in der Lage wären, solche Moleküle abzubauen“, erinnert sich Rabus. Beispiele für problematische Aromaten sind Toluol und Ethylbenzol, die in Erdölprodukten, Lösungsmitteln, Lacken und Zigarettenrauch vorkommen.

Bislang unbekannte Stoffwechselwege

Die Mikrobiologen haben inzwischen einige dieser besonderen Stoffwechselwege der neuen Bakteriengattung aufgeklärt und die beteiligten Enzyme und Gene identifiziert. Dabei stellte sich heraus, dass viele davon noch gänzlich unbekannt waren und in keinem anderem Mikroorganismus beschrieben wurden. Deswegen und wegen weiterer genetischer Unterschiede halten die beteiligten Forscher es für gerechtfertigt, einen neuen Gattungsnamen zu vergeben.

Potenzial für weitere Anwendungen

Neben dem Potenzial zur Bodensanierung entdeckten die Oldenburger bei ihrer Arbeit noch zwei andere bemerkenswerte Aspekte der neuen Gattung: Zum einen stellen die Bakterien bestimmte Zwischen- und Abbauprodukte stereospezifisch her, also nur in einer der möglichen räumlichen Molekülanordnungen. Das macht sie interessant für biotechnologische Produktionsprozesse. Außerdem können die Bakterien bestimmte organische Verbindungen bereits in sehr geringer Konzentration detektieren – selbst dann noch, wenn diese einem aufgelösten Stück Würfelzucker in einem olympischen Schwimmbecken entspricht. Damit könnten diese Mikroorganismen die Grundlage für hochempfindliche Biosensoren bilden.

Die Studien wurden im Rahmen der DFG-geförderten Graduiertenkollegs „Aktivierung chemischer Bindungen“ und „Molecular Basis of Sensory Biology“ durchgeführt.

bl

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