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Die Raffinesse von Mikroorganismen synthetisch nutzen

Enzymfunktionen in Mikroorganismen mit Auswirkungen für die Ökologie bis hin zu Anwendungen moderner synthetischer Biologie beschäftigen Dr. Tobias Erb, den Preisträger des VAAM-Forschungspreises 2017. Der Marburger Mikrobiologe erforscht mit seiner Arbeitsgruppe den Kohlendioxid-Stoffwechsel von Bakterien: seine Auswirkungen auf Klima und Atmosphäre, die Entstehung verschiedener Enzym-Formen im Laufe der Evolution und die mögliche Konstruktion neuer Kohlendioxid-bindender Stoffwechselwege am Reißbrett. Am 5. März erhält Erb im Rahmen der diesjährigen VAAM-Jahrestagung in Würzburg den mit 10.000 Euro dotierten VAAM-Forschungspreis 2017, der zum zehnten Mal für herausragende aktuelle Arbeiten auf dem Gebiet der Mikrobiologie verliehen wird.

 

Die Umwandlung von Kohlendioxid aus der Luft in fixierte Koh­len­stoff­verbindungen bildet die Grundlage unserer Nahrungskette und unserer Energie­versorgung. Neben der Photosynthese haben ins­besondere Mikroorganismen dafür weitere Wege entwickelt. „Einige dieser Stoff­wech­sel­­wege für Kohlenstoff und die dafür verantwortlichen Enzyme haben wir gerade erst entdeckt, andere sind noch unbekannt“, berichtet Erb. Er ist diesen neuen Wegen und ihrer evolutionären Entstehung auf der Spur, aber auch der Nachbildung und Neukombination im Rahmen der synthetischen Mikro­bio­logie. Tobias Erb identifizierte bereits ver­schie­dene bislang unbekannte Umsetzungen für Kohlen­stoff, darunter ein neuartiges Enzym aus Alphaproteobakterien, das bis zu zwanzigmal schneller CO2 aus der Luft bindet als das entsprechende Enzym aus Pflanzen. Die Arbeitsweise dieses Super-Enzyms studieren Erb und sein Team unter anderem mit einer eigens dafür entwickelten „Enzym-Zeitlupe“.

 

„Die Natur hat verschiedene biochemische Lösungen für ein und denselben Zweck entwickelt“, so Erb. Aus kreativen Enzymkombinationen könnten neue bio­tech­no­logische und nachhaltige Lösungen erwachsen, beispielsweise für moderne Produkte auf Kohlendioxid-Grundlage. Ge­nom­sequenz­projekte und Enzym-Design helfen Erb bei der Suche nach interessanten Reaktionen. In einer bahnbrechenden Arbeit gelang es der Arbeitsgruppe kürzlich, einen künstlichen Stoffwechselweg zur Kohlendioxid-Fixierung im Reagenzglas zu­sam­men­zu­setzen – ein erster Schritt zur künstlichen Photosynthese. Damit leistet Tobias Erb Pionier­arbeit auf dem Gebiet der synthetischen Mikrobiologie, in deren Zuge Wissenschaftler künftig für den Menschen nützliche Mikroorganismen und minimale Zellen konstruieren wollen.

„Mit Tobias Erb hat das Auswahlkomitee einen der qualifiziertesten Nachwuchsforscher unseres Fachgebietes ausgewählt“, betont VAAM-Präsident Oskar Zelder. Mit seinen nur 37 Jahren hat Erb bereits herausragende wissenschaftliche Leistungen in Deutschland, den USA und der Schweiz erbracht. Seine Ergebnisse publizierte er in einer Vielzahl wissenschaftlicher Artikel - unter anderem in den international angesehensten naturwissenschaftlichen Fach­zeit­schriften Nature und Science. „Seine Arbeiten erregen nicht nur in der Fachwelt Aufsehen, sondern stoßen auch auf ein außerordentliches Medieninteresse, das unserem Arbeitsgebiet in der Gesellschaft positive Aufmerksamkeit verleiht“, so Zelder. VAAM www.vaam.de