Anaerobe Bakterien zählen zu den ältesten Lebensformen der Erde. Im Vergleich zu anderen Organismen können sie an Orten überleben, wo es keinen Sauerstoff gibt. Für die Forschung sind diese Anpassungskünstler daher von großem Interesse. Mit Clostridium thermocellum haben Forschende des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (Leibniz-HKI) und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena ein anaerobes Bakterium unter die Lupe genommen, das für den Abbau von Zellulose in pflanzlichen Zellwänden von entscheidender Bedeutung ist.

Das Bakterium ist nicht nur ein Überlebenskünstler. Es produziert auch ungewöhnliche Substanzen und hilft, organisches Material wie Zellulose in pflanzlichen Zellwänden abzubauen und Nährstoffe abzugeben, die für die Biotechnologie wichtig sind – etwa, um neue Biokraftstoffe oder Arzneimittel herzustellen. Eine Schlüsselrolle bei der Umwandlung von Zellulose in Zucker spielt demnach YAS. Die Yellow Affinity Substance ist ein gelbes Pigment und wird von Clostridium thermocellum produziert.

Biosynthese-Gencluster von YAS identifiziert

Im Rahmen des Projekts AnoxyGen haben die Forschenden erstmals die molekulare Zusammensetzung von YAS aufgeklärt. Sie fanden heraus, dass das Pigment aus mehreren Komponenten, sogenannten Celluxanthenen, besteht. Zugleich identifizierten sie durch gezielte genetische Manipulation das verantwortliche Biosynthese-Gencluster. Hier zeigte sich, dass Celluxanthene auch eine „milde antibiotische Aktivität“ gegen klinisch relevante, resistente Erreger aufweisen.

Nutzung von Pflanzenbiomasse optimieren

Die Forschenden sind überzeugt, dass das Verständnis der genetischen Grundlagen der Biosynthese die Möglichkeit bietet, künftig Celluxanthene zu produzieren oder zu verändern. Die Erkenntnisse könnten auch dazu beitragen, die Nutzung von Pflanzenbiomasse zu optimieren. „Wir können nun damit beginnen, mögliche ökologische Funktionen zu untersuchen, zu denen auch die antibakterielle Aktivität zur Verteidigung der Nahrungsquelle (Zellulose) gegen Konkurrenten gehört“, berichten die Forschenden.

Für die Arbeit im Projekt AnoxyGen wurde der Jenaer Naturstoff-Forscher Christian Hertweck mit dem ERC Advanced Grant des Europäischen Forschungsrates ausgezeichnet. Seine Forschung zielt darauf ab, das verborgene Potenzial von anaeroben Bakterien zur Bildung neuer bioaktiver Naturstoffe zu erschließen.

bb