Mikrobiologen der Universität Jena haben Bakterien umprogrammiert und sie zu Umweltsanierern verwandelt: Fortan produzieren sie Enzyme, mit deren Hilfe sich giftige Chlorverbindungen abbauen lassen. Die Forscher berichten im Fachjournal Applied and Environmental Microbiology (2014, Bd. 80. S.4313) über ihre Erkenntnisse.

Tetrachlorethen ist eine farblose, leicht flüchtige und nicht brennbare Flüssigkeit. Dank ihres großen Fettlösevermögens findet sie vor allem in der Textilreinigung sowie der Optik- und Metallindustrie zur Entfettung von Oberflächen Anwendung. Mehr als 100.000 Tonnen fallen Jahr für Jahr weltweit an. Und das ist ein Problem: Denn Tetrachlorethen ist nicht nur krebserregend und ein Umweltgift. Es ist in Anwesenheit von Sauerstoff nicht biologisch abbaubar und reichert sich stattdessen im Boden und Grundwasser an. „Von dort ist der Weg nicht weit in die menschliche Nahrungskette“, sagt Torsten Schubert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Daher sei es dringend notwendig, Methoden zu entwickeln, chlorierte Schadstoffe zu entgiften, so der Mikrobiologe weiter.

Dehalogenasen bauen Chlorverbindungen ab

Beim Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe in der Umwelt könnten Mikroorganismen eine wichtige Rolle spielen. „Es gibt Bakterien, die in Abwesenheit von Sauerstoff Substanzen, wie Tetrachlorethen, entgiften können“, so Schubert. Allerdings würden solche Mikroben bislang nur selten für die Sanierung genutzt. „Sie lassen sich nur schwer aus der Natur isolieren und im Labor kultivieren.“ Außerdem besitzen diese Bakterien häufig mehrere dechlorierende Enzyme, die sogenannten reduktiven Dehalogenasen, mit ganz unterschiedlichen Substratspektren, was die Charakterisierung dieser biologischen Katalysatoren erschwert. Schubert und seinem Team ist es jetzt gelungen, Bakterien heranzuzüchten, die entsprechende Dehalogenasen in Reinform produzieren können. Dazu haben sie dem Bakterium Shimwellia blattae beigebracht, nicht nur ein funktionierendes Abbauenzym für Tetrachlorethen, sondern auch eine spezifische Dehalogenase zum Abbau anderer halogenierter Verbindungen zu produzieren.

Bakterium aus Schaben umprogrammiert

Dazu haben die Jenaer Forscher den genetischen Bauplan für das Enzym Dehalogenase aus dem Mikroorganismus Desulfitobacterium hafniense in das leicht zu kultivierende Bakterium Shimwellia blattae übertragen. S. blattae ist ein aus dem Darm der Küchenschabe isolierter und vergleichsweise anspruchsloser Mikroorganismus, der sich für die Produktion der dechlorierenden Enzyme bestens eignet. Denn er stellt das hierfür benötigte Kobalt-haltige Vitamin B12 in ausreichenden Mengen her. In weiterführenden Arbeiten wollen die Mikrobiologen nun die so erhaltenen Enzyme hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion umfassend charakterisieren. „Die Kenntnis des Katalysemechanismus ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass wir diese Enzyme in absehbarer Zeit für die Sanierung von kontaminierten Grundwässern oder Böden nutzen können“, sagt Schubert.