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Evolution im Eiltempo

Genveränderte E. Coli Bakterien fressen CO2 statt Zucker

Ein genveränderter E. coli Bakterienstamm kann seinen gesamten Kohlenstoffbedarf aus CO2 decken. In Zukunft könnten solche Bakterien genutzt werden, um Nahrungsmittel oder Treibstoff zu erzeugen.

Rehovot (Israel). Die meisten Stämme der Kolibakterien (Escherichia coli) sind für den Menschen nicht gefährlich und gehören zu dessen natürlicher Darmflora. Sie ernähren sich von dem in Lebensmitteln enthaltenen Zucker und versorgen den Körper des Menschen mit Vitaminen. Die pathogenen Bakterienstämme sind hingegen eine der häufigsten Ursachen für Infektionskrankheiten.

In der Biologie gehören die Bakterien außerdem zu den wichtigsten Modellorganismen, die besonders in der molekularbiologischen Forschung regelmäßig für Experimente genutzt werden. Zu den Entwicklungen, die auf Kolibakterien zurückgehen, gehört unter anderem Insulin. Außerdem werden Wachstumshormone aus E. coli Stämmen, deren Gene verändert wurden, hergestellt.

Bakterien fressen CO2

Systembiologen des Weizmann Institute of Science haben nun im Fachmagazin Cell genveränderte Kolibakterien vorgestellt, die sich von Kohlenstoffdioxid ernähren. Den Wissenschaftler um Studienleiter Ron Milo ist es bereits im Jahr 2016 gelungen einen Bakterienstamm von E. coli zu erzeugen, der CO2 fressen kann. Auch wenn es sich dabei um einen wissenschaftlichen Durchbruch handelte, konnten die damals gezeigten Bakterien nur einen kleinen Teil ihres Kohlenstoffbedarfs über CO2 decken.

Gentechnik und Evolution

Die nun gezeigten Bakterien, die von der Wissenschaft bereits als Meilenstein gefeiert werden, können hingegen ihren gesamten Kohlenstoffbedarf aus Kohlenstoffdioxid decken. Erzeugt wurden der E. coli Stamm durch eine Kombination aus Gentechnik und herkömmlicher Evolution/a>, die im Labor beschleunigt ablief.

Im ersten Schritt erhielten die Bakterien dafür Gene, die ein Enzym produzieren, das Pflanzen verwenden, um CO2 mithilfe des Sonnenlichts in Kohlenstoff umzuwandeln. Weil den Bakterien kein Licht als Energiequelle zur Verfügung steht, fügten die Biologen ein weiteres Gen ein, dass als organisches Molekül Energie für den Umwandlungsprozess liefert.

250-fache CO2-Konzentration nötig

Laut den Studienautoren führten diese Schritte aber noch nicht zum gewünschten Erfolg. Die Wissenschaftler gaben den Bakterien deshalb geringe Mengen Zucker und setzen die in eine Luft mit der 250-fachen CO2-Konzentration der Atmosphäre der Erde. Es erfolgte daraufhin nach 200 Tagen eine Mutation an elf Genen, die es den Bakterien ermöglicht CO2 zu verarbeiten. Laut Milo handelt es sich bei den derzeitigen Bakterien nur um einen Zwischenschritt. In Zukunft sollen Bakterien geschaffen werden, die Lebensmittel oder Treibstoffe aus CO2 herstellen können.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt auch das finnische Startup Solar Foods Ltd., das mit Bakterien aus CO2 Nahrungsmittel erzeugt. Im Gegensatz zum Bakterienstamm der israelischen Wissenschaftler ist dafür aber Licht als externe Energiequelle nötig.

Cell, doi: 10.1016/j.cell.2019.11.009

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