Forscher entdecken vielversprechende neue Bakterien-Enzyme

Zersetzendes aus dem Kuhmagen

(PresseBox) (Braunschweig, ) Mit den Methoden der so genannten "Metagenomik" haben Forscher jetzt die
biochemischen Abläufe im Kuhmagen untersucht. Was sie dabei fanden,
macht auch die Pharma-Industrie neugierig: Die Wissenschaftler
entdeckten 22 bislang unbekannte Enzyme - Biomoleküle, die gezielt
bestimmte chemische Reaktionen auslösen und beispielsweise für den Abbau
von Pflanzenfasern wichtig sind. Einige dieser Enzyme, die von
Mikroorganismen produziert werden, könnten für industrielle Verfahren
genutzt und etwa in der Futtermittelproduktion oder der
Medikamentenentwicklung eingesetzt werden. Seine Entdeckungen beschreibt
das Forscherteam, zu dem neben Wissenschaftlern der Gesellschaft für
Biotechnologische Forschung (GBF) und der Technischen Universität
Braunschweig auch Kollegen aus Spanien und Neuseeland gehören, in der
jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift Environmental Microbiology.

Im Pansen, dem ersten und größten ihrer vier Mägen, beherbergen
Wiederkäuer eine große Zahl verschiedenartiger Bakterien und Pilze.
Deren Aufgabe ist es vor allem, lange, schwer verdauliche Pflanzenfasern
zu zersetzen, was die Tiere ohne die Hilfe von Mikroorganismen nicht
könnten. Welche Bakterien hier genau am Werke sind, ist allerdings nur
zu einem kleinen Teil bekannt. Der Grund: Die meisten der
Kleinstlebewesen im Kuhmagen lassen sich nicht im Labor züchten und
folglich auch nicht studieren. "Als Lebensraum", erklärt der
Mikrobiologe und GBF-Bereichsleiter Prof. Kenneth Timmis, "ist der
Pansen der Kuh ähnlich schwer zu untersuchen wie der Meeresboden."

Metagenomik: Stöbern in Massen von DNA-Schnipseln

Seit die Forschung über gentechnische Methoden verfügt, kann sie jedoch
zumindest die Erbinformation der Mikroorganismen näher unter die Lupe
nehmen. Als Metagenomik bezeichnet man dabei das Vorgehen, die gesamte
Erbsubstanz, die man in einer Probe aus einem bestimmten Lebensraum
findet, zu isolieren. Die DNA, die man dabei erhält, stammt von den
unterschiedlichsten Organismen, bekannten wie unbekannten. Diese
gesammelte Erbsubstanz wird in Fragmente zerlegt, die man in "gezähmte"
Bakterien einschleust und von diesen ablesen lässt. Biochemische
Testverfahren geben dann Aufschluss darüber, welche Gene auf den
betreffenden DNA-Schnipseln liegen und was sie bewirken.

So verfuhren die GBF-Forscher und ihre Kollegen mit einer Probe, die sie
dem Pansen einer Milchkuh entnommen hatten. Unter dem DNA-Material aus
Dutzenden teilweise noch unbekannten Bakterien fanden sie dabei auch
Gene für einige neuartige Enzyme, mit denen die Kleinstorganismen
Pflanzenfasern auflösen können. Enzyme steuern chemische Reaktionen sehr
spezifisch und mit wenigen Nebenwirkungen; manche von ihnen lassen sich
deshalb gezielt für chemische Verfahren einsetzen. Die neu gefundenen
Enzyme aus dem Pansen könnten möglicherweise genutzt werden, um Pflanzen
besser in Rohmaterial für industrielle Prozesse umzuwandeln.

"Man nimmt an, dass Mikroorganismen 90 Prozent aller Lebensformen auf
der Erde stellen", erklärt GBF-Wissenschaftler Dr. Peter Golyshin.
"Unsere Arbeit hat gezeigt, dass diese Mikroorganismen ein enormes
Potenzial haben: Man kann in ihnen völlig neue Enzyme mit ungewöhnlichen
Eigenschaften finden - und voraussichtlich auch Wirkstoffe, die sich für
medizinische Anwendungen eignen."

Für Prof. Timmis sind die Anwendungsmöglichkeiten der Metagenomik noch
nicht einmal annähernd ausgeschöpft: "Auf der Oberfläche von Pflanzen
und der Haut von Menschen und Tieren leben die verschiedensten
mikrobiellen Gemeinschaften", erklärt Timmis, "ebenso wie im
Verdauungstrakt. Diese komplexen Lebensgemeinschaften spielen eine
entscheidende Rolle für die Gesundheit und die Nahrungsmittelverwertung."

Die Organismen in diesem bakteriellen Beziehungsgeflecht zu
identifizieren und zu erforschen ist von höchstem Interesse für Medizin,
Landwirtschaft und Ernährungswissenschaft. "Gegenwärtig planen
Forschungszentren und Hochschulen aus mehreren Ländern, in einem
internationalen Projekt das Metagenom des Menschen zu erforschen - also
die DNA der Bakterien von Haut, Darmoberfläche, Atemwegen und so fort",
sagt Timmis. "Unsere Forschung am Metagenom des Pansens hat wichtige
Vorarbeiten für dieses Projekt geleistet."


Quelle
Ausführliche Informationen bietet der Originalartikel: M. Ferrer, O.
Golyshina, T. Chernikova, A. Khachane, V. Martins Dos Santos, C.
Strompl, K. Elborough, G. Jarvis, A. Neef, M. Yakimov, K. Timmis, P.
Golyshin. Novel hydrolase diversity retrieved from a metagenome library
of bovine rumen microflora. Environmental Microbiology (2005), 7(12),
1996-2010.

Gesellschaft für Biotechno-logische Forschung mbH (GBF)

Die beschriebenen Forschungen wurden ausgeführt von der GBF, der
Technischen Universität Braunschweig, dem Institute of Catalysis (CSIC)
in Madrid/Spanien und dem neuseeländischen Biotechnologieunternehmen
ViaLactia Biosciences. Unterstützt wurde das Projekt aus Mitteln der
Europäischen Union, des Spanischen Forschungsministeriums, des Fonds der
Chemischen Industrie und von ViaLactia. Die patentrechtlichen
Übereinkünfte zwischen ViaLactia Biosciences und den beteiligten
Forschungsinstituten vermittelte die Ascenion GmbH, die
Patentmanagement-Agentur mehrerer deutscher Forschungszentren.

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