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ePaper created 2012-12-12, 10:15:12 | version 1.24.0
aus. Darin sind die Mikroorganismen vor dem für sie schädlichen Sauerstoff (O2) geschützt und können, reichlich mit Nährstoffen versorgt, der aufwendigen Stickstofffixierung nachgehen. Knöllchenbakterien besitzen das Enzym Nitro genase und spalten N2 aus der Atmosphäre. Hülsenfrüchte gedeihen deshalb auch auf schlechten, stickstoffarmen Böden und sind besonders proteinreich, weil ihnen ausreichend Stickstoff zur Verfügung steht. Der Freiburger Biochemiker möchte diese Symbiose zunächst im Labor und später in der landwirtschaftlichen Praxis auf andere Pflanzen erweitern. Diese sollen in ihren Wurzeln Bakterien mit dem Enzym Nitrogenase aufnehmen und sich dadurch selbst mit ausreichend N2 versor- gen. Industrieller Dünger wäre dann überflüssig. „Wir schaffen chemische Systeme, die wichtige Stoffwechselaufgaben erfüllen, und bringen sie kontrolliert in Organismen ein, die diese Fähig- keit sonst nicht haben“, erklärt Einsle. In Nutz- pflanzen, so der Forscher, wäre dies auf nicht essbare Teile beschränkt. Einzelne Bestandteile ein- und ausschalten Im ersten Schritt hat Einsle mit seinem Team das Enzym im Detail analysiert, um die Grund lagen der Funktion der Nitrogenase zu verste- hen. Dabei klärte er die genaue Struktur des komplexen Metallzentrums auf, an dem die che- mische Aktivierung von N2 stattfindet. Über diese Erkenntnis berichtete Einsle in zwei Arbei- ten, die im renommierten Fachmagazin „Science“ publiziert wurden. Im zweiten Schritt muss er nun untersuchen, für welche Abläufe die Bestandteile des Metallzentrums jeweils zustän- dig sind. Danach wird der Forscher das Enzym in einem Modellbakterium wieder Schritt für Schritt zusammensetzen und als Test einzelne Bestandteile mal ein- und mal ausschalten: Nur „Wir setzen die Bakterien einem Evolutionsdruck aus und sagen ihnen dadurch, was sie für uns tun sollen“ eine natürliche Alternative zu künstlichem Dünger zu finden und andererseits den biologischen Ab- bau der klimaschädlichen Verbindungen möglich zu machen. „Das wäre ein fundamentaler Schritt“, sagt der Forscher. In seinem vom Europäischen Forschungsrat (ERC) und von der Deutschen Forschungs gemeinschaft geförderten Projekt „N-ABLE“ wird Einsle mit seinem Team in den kommenden Jahren die komplexen und hochgradig sauerstoffemp- findlichen Enzymsysteme in Modellorganismen nachbauen. Weder in der biologischen noch in der chemischen Forschung wurde das bisher erreicht: „Wir müssen zunächst die grundlegen- den Eigenschaften und Funktionen der Enzyme vollständig verstehen, auch wenn das Zeit benö- tigt.“ Einsle orientiert sich in seiner Forschung an einer Lösung aus der Natur: Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchtler – wie Erbsen, Bohnen oder Soja – vergesellschaften sich mit bestimmten Bakterien, den Rhizobien, auch Knöllchenbak terien genannt. Die Pflanze bildet für diese Bakterien ein spezielles Organ an der Wurzel Die Freiburger Forscher haben das Enzym Nitro genase analysiert, um sei- ne Funktion zu verstehen. Sie haben herausgefunden, dass sein Metallzentrum, an dem die chemische Aktivierung von Stickstoff stattfindet, aus Eisen atomen (grau), Schwefel atomen (gelb), einem Molybdänatom (braun) und einem Kohlenstoffatom (schwarz) besteht. Lösung aus der Natur: An der Wurzel von Hülsenfrüchtlern wie Erbsen, Bohnen oder Soja sitzen Knöllchenbakterien, die Stickstoff aus der Luft fixieren. Deshalb gedeihen diese Pflanzen auch auf schlechten Böden. Foto: Schlaghecken18