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Rätsel um mikrobiellen Butanabbau

So nutzen Mikroorganismen Butan zur Energiegewinnung

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Auch der weitere Abbau von Butyl-Coenzym M konnte aufgeklärt werden. Er verläuft teils über bekannte Mechanismen der Methanogenese und der Methanoxidation. Zusätzlich konnten Abbauwege für Buttersäure (Butyrat) und Essigsäure identifiziert werden. Gemeinsam ermöglichen diese Abbauwege die komplette Oxidation von Butan in den Archaeen. „Dabei wurden viele Lösungen von anderen Organismen implementiert. Man spricht hier von einem horizontalen Gentransfer“, erläutert Dr. Gunter Wegener, Initiator der Studie: „Es war ein langer Weg zur Lösung dieses Rätsels, und viele Forscher waren daran beteiligt.“ Wie ihre Methan oxidierenden Verwandten sind diese Butanoxidierer allerdings nicht in der Lage, die bei der Oxidation ihres Substrats freiwerdenden Elektronen selbst auf einen Elektronenakzeptor zu übertragen. Genau wie in AOM-Konsortien sind sie dabei auf Partnerbakterien angewiesen. „Auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen der Butankultur sind winzige Proteinverbindung zwischen Archaeen und Bakterien zu sehen. Durch diese Mikro-Drähte fließen die Elektronen. Aufgrund seiner Eigenschaften als mit einem Partnerbakterium lebenden Butanfresser haben wir den Archaeen den Namen Syntrophoarchaeum butanivorans gegeben. Ein syntropher Austausch von Elektronen über Proteinverbindungen ist damit in einem weiteren Organismus gezeigt“, beschreibt Dr. Gunter Wegener die Ergebnisse und ergänzt: „Wir blicken bei diesen Konsortien vermutlich tief in die Vergangenheit, denn eine Aktivierung von Butan über den Coenzym M-Mechanismus und die Aufgabenteilung in zwei Organismen scheint die ursprüngliche Lösung der Natur zu sein“.

Offene Fragen bleiben

Wo auf der Erde kommen diese gerade entdeckten Konsortien noch vor? Warum und unter welchen Bedingungen setzt sich diese Aufgabenteilung in Form von Konsortien zweier Organismen gegenüber einer Kopplung in einer Zelle durch? Gibt es andere Methyl-Coenzym-M-Reduktasen, die höherkettige Alkane aktivieren können? Diesen spannenden Fragen werden sich die Forscher am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) zukünftig widmen.

Originalpublikation:Thermophilic archaea activate butane via alkyl-CoM formation. Rafael Laso-Pérez, Gunter Wegener, Katrin Knittel, Friedrich Widdel, Katie J. Harding , Viola Krukenberg, Dimitri V. Meier, Michael Richter, Halina E. Tegetmeyer, Dietmar Riedel, Hans-Hermann Richnow, Lorenz Adrian, Thorsten Reemtsma, Oliver Lechtenfeld, Florin Musat. Nature 2016, doi: 10.1038/nature20152

* S. Hufe, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, 04318 Leipzig

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