05.10.2021 - Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Biomasse in Methan identifiziert

Forscher finden das enzymatische Glied bei der Bildung von Methan aus Fettsäuren durch kooperierende Mikroorganismen

Die mikrobielle Produktion von Methan aus organischem Material ist ein wesentlicher Prozess im globalen Kohlenstoffkreislauf und eine wichtige Quelle für erneuerbare Energie. Dieser natürliche Vorgang beruht auf einer kooperativen Interaktion zwischen unterschiedlichen Mikroorganismen-Typen: den gärenden Bakterien und den methanbildenden Archaeen. Erstere wandeln sogenannte primäre Fermentationsprodukte aus dem Biomasseabbau um, unter anderem Fettsäuren in Zwischenprodukte wie Essigsäure, Ameisenäure oder H2. Aus diesen können dann spezialisierte Archaeen Methan bilden. Diese Interaktion fermentierender Bakterien mit methanbildenden Archaeen ist entscheidend für die weltweit relevante Bildung von Methan aus Biomasse. Doch bisher konnten Wissenschaftler nicht klären, wie die Oxidation gesättigter Fettsäuren mit der thermodynamisch äußerst ungünstigen Reduktion von CO2 zu Methan gekoppelt werden kann und wie ein solcher Prozess das Wachstum beider beteiligten Mikroorganismen ermöglichen kann. Ein Forschungsteam der Universität Freiburg, der Technischen Universität Darmstadt und der Universität Bern/Schweiz um Prof. Dr. Matthias Boll vom Institut für Biologie II der Albert-Ludwigs-Universität konnte nun einen entscheidenden Schritt in diesem Prozess aufdecken: Sie fanden das fehlende enzymatische Glied und dessen Funktion, wodurch die Methanbildung aus Fettsäuren energetisch erst nachvollziehbar wird.

Untersuchung einer Oxidoreduktase

Die Wissenschaftler untersuchten eine bisher nicht charakterisierte membrangebundene Oxidoreduktase (EMO) aus dem gärenden Bakterium Syntrophus aciditrophicus. Dabei lieferten sie die biochemischen Hinweise dafür, dass die Häm-b-Cofaktoren dieser membrangebundenen Oxidoreduktase und ein modifiziertes Chinon mit perfekt aufeinander abgestimmten Redoxpotentialen die Hauptakteure in diesem mikrobiellen Prozess sind. Bioinformatische Analysen deuten zudem darauf hin, dass diese Oxidoreduktasen in Prokaryoten – Lebewesen wie Bakterien und Archaeen, deren Zellen keinen Zellkern aufweisen – weit verbreitet sind. „Die Ergebnisse schließen nicht nur unsere Wissenslücke bei der Umwandlung von Biomasse in Methan“, erklärt Boll. „Wir könnten darüber hinaus EMOs als bislang übersehene Schlüsselkomponenten des Lipidstoffwechsels in der überwiegenden Mehrzahl aller Mikroorganismen identifizieren.“

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Archaeen
  • Biomasse
  • Syntrophus aciditrophicus
Mehr über Uni Freiburg
  • News

    Neue Oxidationsstufe von Rhodium entdeckt

    Mayara da Silva Santos, Doktorandin am Physikalischen Institut der Universität Freiburg, hat eine neue Oxidationsstufe des Rhodiums entdeckt. Das chemische Element findet als eines der katalytisch wichtigen Platinmetalle zum Beispiel in Autokatalysatoren Verwendung. Rhodium ist eigentlich b ... mehr

    Wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Übergangsmetall-Katalyse mit Aluminium

    Den Chemiker*innen Philipp Dabringhaus, Julie Willrett und Prof. Dr. Ingo Krossing vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist die Synthese des niedervalenten kationischen Aluminiumkomplexes [Al(AlCp*)3]+ durch eine Metathese-Reaktion gelungen. Ihre For ... mehr

    Neues Reagenz für die Deelektronierung entwickelt

    Freiburger Forschenden ist es gelungen, mehrkernige Übergangsmetallcarbonyle durch typische anorganische Oxidationsmittel in ihre homoleptischen Komplexkationen zu überführen. In ihrer Arbeit zeigt das Forschungsteam aus Malte Sellin, Christian Friedmann und Prof. Dr. Ingo Krossing vom Inst ... mehr

  • q&more Artikel

    Modulare Biofabriken auf Zellebene

    Der „gebürtige Bioorganiker“ hatte sich bei seiner Vorliebe für komplexe Molekülarchitekturen nie die klassische Einteilung von synthetischen Polymeren und biologischen Makromolekülen zu eigen gemacht. Moleküle sind nun mal aus Atomen zusammengesetzt, die einen wie die anderen, warum da ein ... mehr

    Lesezeichen

    Aus einer pluripotenten Stammzelle kann sowohl eine Muskel- als auch eine Leberzelle entstehen, die trotz ihres unterschiedlichen Erscheinungsbildes genetisch identisch sind. Aus ein und demselben ­Genotyp können also verschiedene Phänotypen entstehen – die Epigenetik macht es möglich! Sie ... mehr

  • Autoren

    Dr. Stefan Schiller

    Stefan M. Schiller, Jg. 1971, studierte Chemie mit Schwerpunkt Makromolekulare und Biochemie in Gießen, Mainz und an der University of Massachusetts. Er promovierte bis 2003 am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz über biomimetische Membransysteme, es folgten Forschungsaufentha ... mehr

    Julia M. Wagner

    Julia M. Wagner studierte Pharmazie in Freiburg (Approbation 2008). Seit 2008 ist sie Doktorandin und wissenschaftliche Mitarbeiterin im Arbeitskreis von Professor Dr. M. Jung. In ihrer Forschung beschäftigt sie sich mit der zellulären Wirkung von Histon-Desacetylase-Inhibitoren. mehr

    Prof. Dr. Manfred Jung

    Manfred Jung hat an der Universität Marburg Pharmazie studiert (Approbation 1990) und wurde dort in pharmazeutischer Chemie bei W. Hanefeld promoviert. Nach einem Postdoktorat an der Universität Ottawa, Kanada begann er 1994 am Institut für Pharmazeutische Chemie der Universität Münster mit ... mehr