Neue Archeen-Art entdeckt Erdgasfresser – Klimaretter aus der Tiefsee?

Forscher haben an heißen Tiefseequellen eine neue Mikrobenart entdeckt, die Ethan abbaut. Das Besondere: Der Abbaumechanismus, den diese so genannten Ethanfresser nutzen, ist theoretisch umkehrbar. Nun hoffen die Mikrobiologen, mithilfe der Mikroben in Zukunft den Energieträger Ethan aus der Umwandlung von Kohlendioxid gewinnen zu können. So würden diese dazu beitragen, den industriellen Kohlenstoffausstoß zu verringern.

Bremen – Anders als Tiere, die nur Proteine, Kohlenhydrate und Fette verdauen, ernähren sich Mikroorganismen auch von einer Vielzahl anderer organischer Verbindungen. Selbst vor Erdgas machen sie keinen Halt. Forscher um Gunter Wegener vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie (MPI-MM) haben nun in der Tiefsee eine Mikrobenart entdeckt, die Ethan frisst, welches mit einem Anteil von bis zu 15% der zweithäufigste Bestandteil in Erdgas ist. Sie fanden die bisher unbekannten Mikroben im Meeresboden des Guaymas-Beckens in 2000 Metern Wassertiefe im Golf von Kalifornien.

„Das Guaymas-Becken ist ein natürliches Labor, in dem es von neuen Arten nur so wimmelt“, sagt Wegener. „Verantwortlich für diese außerordentliche Vielfalt sind tief aus der Erde ausströmende, heiße Fluide, die ganz unterschiedliche Arten anlocken. Wir haben schon viele Organismen aus diesem Lebensraum beschrieben.“

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Teamwork beim Erdgasabbau

Manche Erdgasbestandteile wie Propan oder Butan können alleine durch Bakterien abgebaut werden. Um jedoch die Hauptbestandteile von Erdgas – Methan und Ethan – abzubauen, sind nach heutigem Forschungsstand zwei unterschiedliche Organismen notwendig, die ein so genanntes Konsortium bilden: Archaeen, die das Erdgas abbauen, und Bakterien, die die dabei freigesetzten Elektronen mit Sulfat verbinden, welches im Meer reichlich vorhanden ist.

Dieses biochemische Teamwork im Labor zu untersuchen, war jedoch bisher äußerst mühsam, denn die Organismen teilen sich nur alle paar Monate, wachsen und vermehren sich also sehr langsam. Daher war immer nur wenig Biomasse für Experimente vorhanden.

Schnelles Wachstum erleichtert Labortests

Bei den nun entdeckten Archaeen mit den Namen Ethanoperedens thermophilum (was soviel bedeutet wie „der wärmeliebende Ethanesser“) ist das anders: „Diese Konsortien wachsen sehr viel schneller“, berichtet Cedric Hahn, Doktorand am MPI-MM und Erstautor der Studie. Diese Zellen verdoppeln sich jede Woche. „So haben wir endlich genug Biomasse für umfangreiche Analysen“, sagt der Mikrobiologe. „Damit konnten wir zum Beispiel wichtige interzelluläre Zwischenprodukte des Ethanabbaus bestimmen. Außerdem veröffentlichen wir in dieser Studie das erste vollständige Genom einer erdgasabbauenden Archaee.“

Bakterien gegen Klimawandel

Klein, selten – und doch klimaschützend?

Klimahilfe durch Mikroben?

Bei der Untersuchung der Archeen machten die Forscher noch eine weitere wichtige Entdeckung: Der Ethanabbau, den diese Mikrobe durchführt, ist reversibel. Durch Umkehren des Prozesses könnten Verwandte der Ethanesser also aus Kohlendioxid Ethan erzeugen. Das ist interessant für biotechnologische Anwendungen. Das Team um Wegener ist nun auf der Suche nach solchen Organismen.

Außerdem wollen sie methanbildende Mikroben zu Ethanbildnern umbauen. „Noch sind wir aber nicht so weit, alle Schritte des Ethanabbaus zu verstehen“, betont Rafael Laso Pérez, der seine Doktorarbeit über Butangas-abbauende Archaeen gemacht hat. „Zurzeit untersuchen wir, wie Ethanoperedens so effizient arbeiten kann. Wenn wir dessen Tricks verstehen, könnten wir im Labor neue Archaeen züchten, mit denen man Rohstoffe gewinnen kann, die zurzeit noch aus Erdgas extrahiert werden müssen.“ Damit könnten sie eine Lösung bieten, wie die Industrie ihren Kohlenstoffausstoß verringern kann.

Originalpublikation: Cedric Jasper Hahn, Rafael Laso-Pérez, Francesca Vulcano, Konstantinos-Marios Vaziourakis, Runar Stokke, Ida Helene Steen, Andreas Teske, Antje Boetius, Manuel Liebeke, Rudolf Amann, Katrin Knittel, Gunter Wegener: Candidatus Ethanoperedens, a thermophilic genus of archaea mediating the anaerobic oxidation of ethane, mBio. (2020); DOI:10.1128/mBio.00600-20

* Dr. F. Aspetsberger, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen

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