In der heutigen Zeit, in der der Klimawandel und die Umweltverschmutzung zunehmend in den Fokus rücken, ist die Suche nach nachhaltigen Alternativen in der Kunststoffproduktion von großer Bedeutung. Ein vielversprechender Ansatz könnte die Verwendung von Mikroben und deren Enzymen sein, um den Kunststoffbaustein Ethylen umweltfreundlicher herzustellen. Ethylen wird derzeit hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen gewonnen, was mit hohen CO2-Emissionen verbunden ist. Eine Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg hat nun entdeckt, dass ein spezifisches Bakterienenzym, das von Rhodospirillum rubrum produziert wird, die Möglichkeit bietet, Ethylen unter anaeroben Bedingungen zu erzeugen – und das ohne die Freisetzung von CO2.
Die Notwendigkeit, von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Rohstoffen überzugehen, ist dringlich. Ethylen ist ein zentraler Bestandteil in der Kunststoffindustrie und wird derzeit in großen Mengen hergestellt, was zu signifikanten Treibhausgasemissionen beiträgt. Die Erforschung bakterieller Stoffwechselwege könnte hier eine Lösung anbieten, jedoch waren bislang nur wenige Enzyme bekannt, die Ethylen effizient produzieren und dabei keine schädlichen Nebenprodukte erzeugen. Die Entdeckung der Methylthioalkan-Reduktase in Rhodospirillum rubrum hat das Interesse der Wissenschaftler geweckt, da dieses Enzym in der Lage ist, Ethylen in einem sauerstofffreien Milieu zu generieren, ohne dabei CO2 freizusetzen.
Ein bedeutendes Hindernis bei der Erforschung dieser Enzyme war jedoch die Schwierigkeit, sie außerhalb der Zellen zu untersuchen, da die Metalloenzyme sehr empfindlich gegenüber Sauerstoff sind. Die Forscher unter der Leitung von Dr. Johannes Rebelein haben es nun geschafft, das Enzym zu isolieren und seine Struktur zu entschlüsseln. Eine bemerkenswerte Entdeckung war, dass die Reaktion durch große, komplexe Eisen-Schwefel-Cluster angetrieben wird, welche bislang nur in den ältesten Enzymen, den Nitrogenasen, bekannt waren. Diese Cluster sind für die Umwandlung von Stickstoff aus der Atmosphäre in biologisch nutzbare Formen verantwortlich und spielen eine zentrale Rolle im Stickstoffkreislauf.
Die Erkenntnisse über die Methylthioalkan-Reduktase eröffnen neue Perspektiven für die biotechnologische Nutzung. Dr. Rebelein hebt hervor, dass das Enzym nicht nur Ethylen, sondern auch andere Kohlenwasserstoffe wie Ethan oder Methan produzieren kann. Diese Vielseitigkeit könnte für die Entwicklung von nachhaltigeren Verfahren in der Kunststoffindustrie von großer Bedeutung sein. Die Ergebnisse der Forschung liefern nicht nur grundlegende biochemische Erkenntnisse, sondern bieten auch einen Einblick in die evolutionäre Geschichte der Enzyme und deren strukturelle Eigenschaften.
Ein weiterer wichtiger Aspekt dieser Entdeckung ist die Möglichkeit, die Proteinstruktur der Enzyme so zu modifizieren, dass sie besser an die Bedürfnisse der Industrie angepasst werden können. Dies könnte zu einer signifikanten Reduktion der CO2-Emissionen in der Kunststoffproduktion führen und damit einen wertvollen Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels leisten. Die Untersuchung dieser Enzyme und ihrer Mechanismen könnte uns auch helfen zu verstehen, wie diese biologischen Systeme in der Vergangenheit zur Bildung von Kohlenwasserstoffen beigetragen haben.
Die Forschung am Max-Planck-Institut ist somit nicht nur ein Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Kunststoffindustrie, sondern auch ein bedeutender Beitrag zur biochemischen und geochemischen Forschung. Die Erkenntnisse könnten langfristig dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und gleichzeitig innovative Lösungen für die Herausforderungen der modernen Gesellschaft zu finden. Die Zukunft der Kunststoffproduktion könnte also durch die gezielte Nutzung von Mikroben und deren Enzymen revolutioniert werden, was sowohl ökologisch als auch ökonomisch von großem Nutzen wäre.
