Vom Ölfeld ins Labor

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Mikrobe Methanoliparia zerlegt ganz allein Öl in Methan und Kohlendioxid

Mikroorganismen können Öl in Erdgas, also Methan, umwandeln. Lange war man der Meinung, dass diese Umwandlung nur durch die Zusammenarbeit von verschiedenen Organismen möglich ist. Rafael Laso-Pérez und Gunter Wegener vom Bremer Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie schlugen 2019 aufgrund ihred Genom-Analysen vor, ein besonderes Archaeon könne dies allein. Nun ist ihnen in Zusammenarbeit mit einem Team aus China gelungen, die „Wundermikrobe“ im Labor zu kultivieren. So konnten sie genau beschreiben, wie die Mikrobe die Umwandlung vollzieht. Zudem stellten sie fest und publizierten das am 22.12.2021 in Nature, dass sie sich bevorzugt auf ziemlich sperrige Nahrung stürzt.

Ölfeld in China: Auf einem Ölfeld wie diesem haben die Forschenden die Mikroorganismen entdeckt, die nun auch in ihrem Labor leben. Genetische Informationen zeigen, dass sie weit verbreitet sind und sogar in der Tiefsee vorkommen – Foto © Yoshi Canopus, CC-BY-SA-4.0

In unterirdischen Ölvorkommen an Land und im Meer leben Mikroorganismen, die das Öl als Energie- und Nahrungsquelle nutzen und es dabei in Methan umwandeln. Bis vor Kurzem dachte man, dass diese Umwandlung nur in einer komplizierten Teamarbeit zwischen verschiedenen Organismen – bestimmten Bakterien und üblicherweise zwei Archaeenarten – möglich ist. Nun konnten die Forschenden ein Archaeon namens Methanoliparia aus dem Absetztank einer Ölförderanlage kultivieren, das diese komplexe Reaktion ganz alleine erledigt.

Diese „Wundermikrobe“ spaltet Öl in Methan und Kohlendioxid. „Methanoliparia ist eine Art Mischwesen, das die Eigenschaften eines Ölabbauers mit denen eines Methanogenen vereint, also eines Methanbildners“, erklärt der Bremer Studienautor Gunter Wegener vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie und vom Marum – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen.

Gene für den Abbau von Kohlenwasserstoffen

Nachdem es den Forschenden nun gelungen ist, diese Mikroorganismen im Labor zu kultivieren, konnten sie die dahinterliegenden Prozesse genau untersuchen. Sie stellten fest: Seine genetische Ausstattung verleiht Methanoliparia einzigartige Fähigkeiten. „In seinen Genen trägt es die Baupläne für Enzyme, die verschiedene Kohlenwasserstoffe aktivieren und zerlegen können. Daneben hat es aber auch die komplette Ausstattung eines Methanbildners“, so Wegener.

In ihren Laborkulturen machten die Forschenden den Mikroben verschiedene Nahrungsangebote und nutzten eine Vielzahl verschiedener Methoden, um Methanoliparia auf den Zahn zu fühlen. Besonders erstaunlich war, dass dieses Archaeon all die verschiedenen Kohlenwasserstoffe mit ein und demselben Enzym aktivierte. „Bisher haben wir nur Archaeen kultiviert, die von kurzkettigen Kohlenwasserstoffen wie Ethan oder Butan leben. Methanoliparia bevorzugt hingegen schweres Öl mit seinen langkettigen Verbindungen“, sagt Mitautor Rafael Laso-Pérez, der mittlerweile am spanischen National Center for Biotechnology (CNB) arbeitet. „Methanogene Mikroben, die langkettige Kohlenwasserstoffe direkt nutzen – das kannten wir bisher nicht. Auch komplizierte Kohlenwasserstoffe mit ringförmigen oder aromatischen Strukturen sind Methanoliparia nicht zu sperrig, zumindest wenn diese an mindestens eine längere Kohlenstoffkette gebunden sind. Wir haben hier also neben unseren anderen spannenden Ergebnissen auch einen zuvor völlig unbekannten Weg der Methanogenese gefunden.“

Die Methanoliparia-Zellen, die für die vorliegende Studie kultiviert wurden, stammen aus einem der größten Ölfelder Chinas, dem Shengli-Ölfeld. Genetische Analysen zeigen, dass diese Mikroben aber auf der ganzen Welt verbreitet sind, bis hinab in die Tiefsee. „Unsere Ergebnisse bergen ein gänzlich neues Verständnis des Ölabbaus in unterirdischen Öllagerstätten. Sowohl die weite Verbreitung dieser Organismen als auch die möglichen industriellen Anwendungen machen das in den kommenden Jahren zu einem spannenden Forschungsfeld“, schließt Wegener.

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