Phosphat in den Ausscheidungen von Nutztieren wie Schweinen und Geflügel stellt ein doppeltes Problem dar: Als Teil der Gülle belastet es zum einen Böden, zum anderen könnte es die Ernährung der Tiere bereichern, wären diese in der Lage, es bei der Verdauung aufzunehmen. Die Biotechnologie hat als Antwort auf dieses Problem Enzyme namens Phytasen gefunden: Werden diese dem Futtermittel beigemischt, setzen sie das im pflanzlichen Futter gebundene Phosphat frei und auch nicht-wiederkäuende Tiere können es verwerten. Biologen der Universität Göttingen haben nun Mitglieder dieser Enzymfamilie entdeckt, die über bislang bei Phytasen nicht bekannte Möglichkeiten verfügen. Über die Details berichten die Forscher im Fachjournal "mBio".

Vielfalt an bislang unbekannten Phytasen

Bislang waren vier Gruppen von Phytasen bekannt. Sie alle entstammen Organismen, die Forscher im Labor kultiviert und analysiert haben. Die Zahl der Organismen, die noch nicht im Labor untersucht wurden – oder bei denen es nicht gelingt, sie im Labor zu kultivieren –, ist jedoch weitaus größer. Genetiker analysieren daher direkt die gesamte DNA, die sie in bestimmten Umweltproben finden. Mithilfe der sogenannten Metagenomanalyse können sie auch Gene von Mikroorganismen analysieren, die im Labor nicht zu entdecken wären. Durch Vergleiche mit bekannten, ähnlichen Genen lassen sich dann Rückschlüsse auf deren Funktion ziehen. Auf diese Weise haben die Göttinger Forscher eine Vielfalt an Phosphatasen und Phytasen identifiziert, darunter neue Phytase-Subtypen mit bislang vollkommen unbekannten funktionellen Gruppen und neuen Eigenschaften.

Großes Potenzial für neue Prozesse

„Die derzeit kommerziell eingesetzten Phytasen stammen aus der Kultivierung einzelner Stämme von Mikroorganismen“, erläutert der Göttinger Mikrobiologe Rolf Daniel. „Dabei wird viel Potenzial zur Entwicklung neuer, effektiverer Prozesse durch den Einsatz verbesserter Enzyme verschenkt.“ Die neu entdeckten Enzyme könnten daher nicht nur die Herstellung von Futtermittelzusätzen verbessern, auch wenn die Wissenschaftler darin das größte kommerzielle Potenzial sehen. Aufgrund der neuen funktionellen Gruppen der Phytasen eröffnen diese auch große Chancen für die Entwicklung und Optimierung von Phytase-basierten Prozessen für die industrielle Anwendung, die Biotechnologie und im Bereich umweltverträglicher Technologien. Auch machen die schwindenden natürlichen Phosphor-Ressourcen und die Belastung der Phosphor-Lagerstätten mit Schwermetallen dringen neue Strategien zur Gewinnung und Wiederverwertung der Phosphate notwendig.

bl