Ohne Meeresalgen wäre die Kohlendioxidbelastung in der Atmosphäre wesentlich höher. Denn sie binden das CO₂ und verfrachten es buchstäblich in die Tiefe, wo es als abgestorbene Algenmasse lagert. Neben ihrer Bedeutung als Klimaschützer sind die marinen Algen aber auch für das Ökosystem Meer eine wichtige Nahrungs- und Energiequelle: beim Speichern von Kohlenstoff produzieren sie große Mengen an Kohlenhydraten. Dieser Algenzucker wird dann mithilfe von Bakterien abgebaut. Wie diese mikrobielle Zersetzung genau von statten geht, haben Wissenschaftler der Universitäten Greifswald und Bremen und des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie (MPIMM) in Bremen nun herausgefunden.

Kohlenstoffkreislauf im Meer besser verstehen

Wie die Forscher im Fachjournal „Nature Chemical Biology“ berichten, kamen sie dabei zugleich einer neuen Klasse von Biokatalysatoren auf die Spur, die für den Abbau der marinen Kohlenhydrate verantwortlich sind. Dabei handelt es sich um spezielle bakterielle Enzyme, die mit Hilfe von Sauerstoff die Verarbeitung des Zuckers katalysieren. „Diese Enzyme sind für unser Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs im Meer sehr wichtig. Sie zeigen uns, wie marine Bakterien mit besonders stabilen Kohlenstoffquellen umgehen, um sie zu verstoffwechseln“, sagt Jan-Hendrik Hehemann, Emmy Noether-Gruppenleiter am MPIMM.

Neue Enzymgruppe nutzt Sauerstoff zum Algenzucker-Abbau

Mit Hilfe modernster bioinformatischer Analysen hatte das Team um Hehemann jene Genome von Meeresbakterien untersucht, die Kohlenhydrate verwerten. Erste Untersuchungen deuteten bereits darauf hin, dass sogenannte oxidative Enzyme namens P450-Monooxygenasen maßgeblich an dem Verwertungsprozess beteiligt sind. Die detaillierte Charakterisierung dieser Enzyme brachte schließlich den Beweis, dass P450-Enzyme tatsächlich mit Hilfe von Sauerstoff einen spezifischen Zuckerrest umsetzen können und dass es sich dabei um eine neue Unterklasse von Biokatalysatoren handelt.

Neues Werkzeug für Biotechnologen

Die Forscher sind überzeugt, dass die neuen Enzyme für die Biotechnologie interessant sein könnten: „Man könnte sie zum Beispiel verwenden, um bestimmte Zucker in Biokraftstoffe umzuwandeln. Somit unterstreicht diese Studie, wie sehr es sich nicht nur aus biotechnologischer, sondern auch aus ökologischer Sicht lohnt, die molekularen Aspekte des marinen Kohlenhydratkreislaufs im Detail zu untersuchen“, sagt Hehemann.

Die Untersuchungen wurden im Rahmen des Projektes „Proteogenomics of Molecular Polysaccharid Utilization (POMPU)“ durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

bb