Mikroben in der Fabrik

Vor drei Milliarden Jahren schien die Katastrophe unaufhaltsam. Die Nährstoffe im Meer waren verbraucht, die damals lebenden primitiven Mikroorganismen drohten zu verhungern. Doch die Natur wusste sich zu helfen. In einem faszinierenden evolutionären Prozess gelang es ihr, neue Nahrungsmittel mithilfe einer Ressource zu schaffen, die im Überfluss zur Verfügung stand: Sonnenlicht. Mithilfe der einstrahlenden Energie spalteten die Mikroorganismen Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf und setzten die so gewonnenen Atome gemeinsam mit Kohlendioxid aus der Luft neu zusammen. Das Ergebnis: nahrhafter Zucker. Die Menschheit nennt das Verfahren Fotosynthese.

FORSCHER IN ALLER WELT wollen das revolutionäre Verfahren der Winzlinge nutzen, um der Brennstoffzelle zum Durchbruch zu verhelfen, die mit Wasserstoff betrieben wird. Diese Vorstufe des Zuckers produzieren Mikroorganismen bei weitem effektiver und umweltverträglicher als die Menschen mit ihren High-Tech-Verfahren.

Wissenschaftler vom Max-Vollmer-Institut der Technischen Universität Berlin haben jetzt aber den Durchbruch geschafft. Sie isolierten das so genannte Membranprotein Photosynthese II aus der Blaualge Synechococcus elongatus, das sie als Spaltmaschine identifiziert hatten. Sie tasteten das Protein mit energiereichen Röntgenstrahlen ab, die ein Elektronensynchrotron erzeugt. Das Ergebnis: Der pflanzliche Wasserspalter besteht aus einer Ansammlung von einigen tausend Atomen, darunter Mangan. „Es war fantastisch, die Struktur der Maschine zu sehen, die Wasser spalten kann", schwärmt Chemieprofessor Wolfgang Lubitz.

Jetzt machen sich die Wissenschaftler daran, die Struktur präzise zu ermitteln. „Wenn wir lernen, den Bauplan zu lesen, können wir den Spaltapparat nachbauen und zur Wasserstoffproduktion nutzen", so Lubitz.

Auch Professor Matthias Rögner vom Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen an der Ruhr-Universität Bochum ist der Struktur der biologischen Wasserspalter auf der Spur. Er hat allerdings einen anderen Weg gewählt, sie sichtbar zu machen. Sein Forscherteam vergrößerte den entsprechenden Bereich der Blaualge mit einem Elektronenmikroskop 30.000fach. „Schauen Sie: An diesen Ausstülpungen sitzen die Spaltungsmaschinen", sagt der Bochumer Wissenschaftler und zeigt dabei auf das elektronenmikroskopische Bild.

BLAUALGE:  Manipulierte Mikroorganismen erschließen unerschöpfliche Energiequellen