EditorialDesigner-Stoffwechselweg

Der Begriff „Synthetische Biologie“ wurde erstmals 2010 einer größeren Öffentlichkeit bekannt. Auch wir haben damals an dieser Stelle darüber berichtet: Einer US-Forschergruppe um Craig Venter war es gelungen, ein komplettes Bakterien-Genom chemisch zu synthetisieren und dieses in ein Bakterium einzusetzen.

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Editorial: Designer-Stoffwechselweg

Der Mikroorganismus lebte weiter, vermehrte sich durch Teilung und brachte Tochterzellen hervor, die nur das „künstliche“ Erbgut enthielten. Die Sensation war perfekt: Auch diese Bakterien waren lebensfähig!

Dass in der Synthetischen Biologie keineswegs nur Genome im Mittelpunkt stehen, zeigen aktuelle Forschungsergebnisse des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg. Dort ist es einem Team um Dr. Tobias Erb gelungen, einen biologischen Stoffwechselweg „nachzubauen“ und zu optimieren. Und zwar den Calvin-Zyklus, der für die Photosynthese in Pflanzen unerlässlich ist. In diesem Zyklus wird das aus der Atmosphäre aufgenommene CO2 in Kohlenhydrate umgewandelt, die die Pflanze für ihren Stoffwechsel benötigt.

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Eine entscheidende Rolle für die Effektivität der CO2-Fixierung spielt das Enzym RuBisCo, denn es katalysiert den ersten Schritt im Calvin-Zyklus. Könnte man dieses Enzym optimieren oder durch ein anderes ersetzen, das schneller und effektiver als RuBisCo arbeitet, würde die Pflanze mehr Kohlendioxid pro Zeiteinheit binden und damit auch mehr Kohlenhydrate produzieren.

Tatsächlich gibt es mit der Crotonyl-CoA-Carboxylase/Reduktase ein solches Enzym, und zwar in bestimmten Mikroorganismen. Damit ist es der Gruppe um Dr. Tobias Erb gelungen, in vitro einen Kohlendioxid fixierenden Zyklus in Gang zu bringen, der mit 17 verschiedenen Enzymen, teilweise gentechnisch modifiziert, arbeitet. Dieser Zyklus, der die Dunkelreaktion der Photosynthese nachahmt, den es in der Natur so allerdings nicht gibt, bindet CO2 mit 20 % höherer Effizienz als Pflanzen!

Noch funktioniert dieser synthetische Stoffwechselweg nur im Labor, aber dieses Beispiel zeigt, welch großes Potential die Synthetische Biologie bietet. Wer weiß, vielleicht gelingt es irgendwann, organische Verbindungen mittels eines optimierten Calvin-Zyklus´ im Produktionsmaßstab herzustellen, deren Kohlenstoff aus dem Klimagas CO2 stammt?!

Jürgen Wagner, Redakteur

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