Mikroalgen sind die neuen Hoffnungsträger der Bioökonomie. Sie sind nicht nur wichtige Sauerstoffproduzenten und eine alternative Proteinquelle, sondern auch vielversprechende Kandidaten zur Herstellung von Biosprit und neuen Materialien. Kieselalgen faszinieren Forscher darüber hinaus vor allem wegen ihrer Fähigkeit, aus dem anorganischen Material Silicat ungewöhnliche und hoch-filigrane Zellwände zu bilden.

Enzym Glucansynthase beeinflusst Energiespeicherung

Anhand der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum hat ein Team um Peter Kroth von der Universität Konstanz untersucht, wie die Energiespeicherung in der Alge, von den Chloroplasten bis hinein in bestimmte Zellorganellen der Pflanze, die sogenannten Vakuolen, erfolgt. Wie die Forscher im Fachjournal „PNAS“ berichten, konnten sie ein Enzym entschlüsseln, das die Photosynthese und damit die Energiespeicherung entscheidend beeinflusst. Im Rahmen der Studie untersuchten sie konkret, welch weitreichende Auswirkungen eine Hemmung der Speicherung von Kohlenhydraten auf die Photosynthese dieser Algen hat.

Energiespeicherung auf Umwegen

Anders als höhere Pflanzen, wo der Zucker durch Photosynthese direkt in den Chloroplasten hergestellt wird, erfolgt in Algen die Energiespeicherung über Umwege. Kieselalgen transportieren die Kohlenhydrate zunächst in die Vakuolen, wo sie bis zur Nutzung als sogenanntes Chrysolaminarin zwischengelagert werden.

Das Team um Peter Kroth konnte nun nachweisen, dass sich in der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum das Enzym Glucansynthase in der Vakuolen-Membran befindet, welche fortlaufend einzelne, einfache Kohlenhydratmoleküle in die Speicherorte, die Zellorganellen, pumpt und diese zu Molekülketten verbindet. Wie die Forscher berichten, werden diese Ketten wiederum von weiteren speziellen Enzymen mit Kohlenhydrat-Seitenketten versehen, so dass ein komplexes Speicher-Kohlenhydrat, das Chrysolaminarin, entsteht.

Zuckerrückstau behindert Photosynthese und Algenproduktion

Tests ergaben, dass ein Entzug des Enzyms Glucansynthase nicht nur zu einer verringerten Bildung des Speicherungsstoffes Chrysolaminarin, sondern auch zu einem Rückstau von Kohlenhydraten bis in die Chloroplasten führt. Dadurch wurde sowohl die Photosynthese-Leistung als auch das Wachstum der Algen gedrosselt. Selbst die eigentlich stabile Membran-Grundstruktur der Chloroplasten sei durch die fehlende Speichermöglichkeit des Zuckers in der Vakuole verändert worden, schreiben die Wissenschaftler. Ohne das Enzym konnte selbst eine Steigerung der Photosynthese-Leistung mittels erhöhter CO₂-Konzentration die Algenproduktion nicht automatisch steigern.

Die Erkenntnisse der Konstanzer Forscher zum Ablauf der Energiespeicherung könnten die biotechnologische Nutzung von Algen weiter vorantreiben.

bb