Geheimnis der Cyanobakterien entschlüsselt

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Bald künstliche Photosynthese? Wie genau Cyanobakterien CO2 effizient umwandeln

Ein internationales Forschungsteam konnte das Geheimnis der Cyanobakterien lüften. Künftig wird es so möglich sein, bei ihnen „abzuschauen“, wie sie  Luft-CO2 in wasserlösliche Kohlensäure umwandeln und vor dem Aufbau von Biomasse in der Zelle zwischenspeichern. Das hat jetzt ein Forscherteam unter Beteiligung der Ruhr-Universität Bochum in der Zeitschrift Nature Communications erläutert.

Jacqueline Thiemann und Marc Nowaczyk waren überrascht, dass die molekularen Details der biologischen CO2-Umwandlung bei Cyanobakterien doch anders sind als zuvor gedacht und wollen demnächst bei Cyanobakterien abgucken – Foto © RUB, Marquard

Fotosynthetische Organismen nutzen mithilfe von Sonnenlicht CO2 aus der Luft zum Aufbau von Biomasse. Cyanobakterien sind dabei besonders effizient, weil sie das Gas zunächst in wasserlösliche Kohlensäure umwandeln und zwischenspeichern. Wie genau sie das machen, konnte ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) gemeinsam mit internationalen Kollegen erstmals im Detail klären. Das macht es künftig möglich, die Tricks der Bakterien zu nutzen, zum Beispiel für die Produktion nachhaltiger Kraftstoffe.

Fotosynthetische Organismen nutzen mithilfe von Sonnenlicht Kohlenstoffdioxid aus der Luft zum Aufbau von Biomasse. Cyanobakterien sind dabei besonders effizient, weil sie das Gas zunächst in wasserlösliche Kohlensäure umwandeln und zwischenspeichern. Wie genau sie das machen, konnte ein Forschungsteam der RUB gemeinsam mit internationalen Kollegen erstmals im Detail klären. Das macht es künftig möglich, die Tricks der Bakterien zu nutzen, zum Beispiel für die Produktion nachhaltiger Kraftstoffe. Das Team berichtet in der Zeitschrift Nature Communications vom 24.01.2020.

Kohlensäure wird in der Zelle zwischengespeichert

Cyanobakterien nutzen für die Umwandlung von gasförmigem CO2 aus der Luft einen speziellen Membranproteinkomplex – eine Variante des fotosynthetischen Komplex I. Er arbeitet zum einen als Protonenpumpe, ist aber zusätzlich mit einem einzigartigen Modul versehen, das CO2 aus der Atmosphäre konzentriert. Das gasförmige CO2 wird dabei unter Energieverbrauch in wasserlösliche Kohlensäure umgewandelt, die dann in der Zelle gespeichert wird. Die dafür notwendige Energie stammt aus Sonnenlicht und wird durch weitere fotosynthetische Proteine bereitgestellt, mit denen der Komplex verbunden ist.

Effizientere Fotosynthese für Nutzpflanzen oder nachhaltige Solarkraftstoffe

Das Team um Privatdozent Marc Nowaczyk vom Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen konnte diesen Mechanismus erstmals aufklären. Das könnte die Grundlage dafür sein, seine Bausteine künftig zu nutzen. „Auf dieser Basis könnte man versuchen, die fotosynthetische Effizienz anderer Organismen wie Nutzpflanzen weiter zu verbessern, oder man könnte diese in der Natur vorkommenden molekularen Prinzipien für eine effiziente Energieumwandlung auf synthetische Systeme übertragen, zum Beispiel zur Produktion nachhaltiger Solarkraftstoffe“, hofft Nowaczyk, der auch an der Entwicklung solcher Biohybridsysteme zur fotosynthetischen Energieumwandlung forscht. „Mich fasziniert dabei die Modularität der molekularen Bausteine, die wie in einem Baukastensystem neu miteinander kombiniert werden können“, erklärt er.

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