Herr Professor Antranikian, Ende März waren Sie zu Gast auf einem japanischen Forschungsschiff. Was war das Ziel der Expedition?
Im Rahmen der 10-tägigen Expedition wollte unser deutsch-japanisches Forscherteam Bohrkerne untersuchen, die aus dem Meeresboden in der Bucht von Suruga geborgen wurden. Das Bohrwerkzeug ist dabei bis zu 65 m tief in den Meeresboden vorgedrungen. Die Bohrstelle war aus geologischer Sicht äußerst interessant, da sich in der Suruga-Bucht über Millionen von Jahren Sedimentschichten – teils vulkanischen Ursprungs – in Wassertiefen bis zu 1500 m abgelagert haben. Für die Bergung der Bohrkerne wurde das weltweit modernste Forschungsschiff, die „Chikyu“ (jap. „Erde“) eingesetzt, das von der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) betrieben wird. Die Bohrkerne wurden noch an Bord chemisch und mikrobiologisch untersucht. Ziel war es, die mikrobielle Vielfalt in den Sedimentschichten zu untersuchen und neuartige Mikroorganismen zu isolieren, die auf Grund der extremen Lebensbedingungen besonders stabile Biokatalysatoren produzieren. Mein Team bestand aus vier Wissenschaftlern des Instituts für Technische Mikrobiolgie an der Technischen Universität Hamburg-Harburg. Das 10-köpfige japanische Team wurde von Professor Koki Horikoshi geleitet.
Wie kam die Kooperation zustande?
Ich habe Professor Koki Horikoshi vor 15 Jahren kennengelernt, als ich ein europäisches Verbundprojekt über extremophile Mikroorganismen, also solche Mikroorganismen, die unter extremen Lebensbedingungen wachsen können, koordinierte. Mein damaliger Forschungsschwerpunkt waren hitzeliebende Mikroorganismen, die bei Temperaturen von bis zu 108°C optimal wachsen und dabei sehr robuste Enzyme produzieren. Professor Horikoshi untersuchte seinerzeit Mikroorganismen, die bei sehr hohen pH-Werten leben, die sogenannten Alkaliphilen. Wir haben unsere Zusammenarbeit immer weiter intensiviert. Mittlerweile ist zwischen Professor Horikoshi und mir eine tiefe Freundschaft entstanden.
Welche Schwerpunkte verfolgen die deutschen, welche die japanischen Kollegen?
Beide Seiten interessieren sich für die bislang weitgehend unerforschte Diversität der Tiefseemikroorganismen, da wir der Überzeugung sind, dass hier neuartige Mikroben leben, die mit ihren einzigartigen und stabilen Biokatalysatoren neue Produkte und Verfahren in der industriellen Biotechnologie ermöglichen. Beispielsweise bei der Herstellung von Fein- und Spezialchemikalien oder bei der Produktion von Biokraftstoffen. Innerhalb dieser gemeinsamen Interessensgebiete hat die deutsche Seite den Schwerpunkt auf solche Mikroorganismen gelegt, die unter Sauerstoffabschluss leben können. Die japanischen Kollegen untersuchen Bakterien und Pilze, die nur in Gegenwart von Sauerstoff kultiviert werden können. Zusätzlich verfügen die von Professor Horikoshi geleiteten Labore bei JAMSTEC über Equipment, das die Kultivierung von Mikroorganismen auch unter hohem Druck (bis 1000 bar) erlaubt. Damit können auch solche Tiefseeorganismen in Kultur gebracht werden, die bei atmosphärischem Druck sterben würden. Darüber hinaus untersuchen sowohl die deutschen als auch die japanischen Kollegen die Bohrkerne mit Hilfe moderner molekularbiologischer Techniken, um Gene für biotechnologisch relevante Biokatalysatoren direkt aus der DNA in den Sedimenten isolieren zu können. Die deutschen Forscher wiederum analysieren zusätzlich die mikrobielle und enzymatische Diversität durch Hochdurchsatz-Genomanalysen.
Gibt es schon erste Ergebnisse?
Schon an Bord der Chikyu konnten die ersten viel versprechenden Ergebnisse erzielt werden: In den Bohrkernen konnten mit Hilfe spezieller Färbemethoden Bakterien nachgewiesen werden. Mittlerweile ist es uns auch gelungen, diese Kleinstlebewesen im Labor zu kultivieren. Die genaue Charakterisierung der Neuisolate wird allerdings noch Monate in Anspruch nehmen. Wir gehen allerdings davon aus, dass sich in den Proben neue Arten befinden, die bislang noch nicht in der Fachliteratur beschrieben wurden. Mit Hilfe umfangreicher Genomanalysen werden wir den in den Bohrkernen lebenden Mikroorganismen ihre genetischen Informationen entlocken. Zur Zeit arbeiten auf deutscher Seite fünf Wissenschaftler an der Untersuchung der Proben. Ich bin sicher, dass in den Bakterien aus extremen Lebensräumen wie der Tiefsee ein großes Potenzial für biotechnologische Anwendungen steckt. Die robusten Biokatalysatoren aus diesen Kleinstlebewesen werden wir auf ihre Fähigkeit untersuchen, komplexe biologische Polymere wie Cellulose, Lignocellulose oder Holz effizient umwandeln zu können. Wenn dies gelingt, wäre ein wichtiger Schritt für die Entwicklung einer nachhaltigen Produktionsweise im Sinne einer Bioraffinerie möglich. Wir könnten nachwachsende Rohstoffe nutzen und sie mit Hilfe von Enzymen zu wertvollen Produkten wie Pharmawirkstoffen, Fein- und Spezialchemikalien, Bioethanol, Biogas, Wasserstoff oder Waschmitteln veredeln.
Gibt es schon erste Anwendungen Ihrer Forschung?
Alkalische Cellulasen aus dem Labor von Professor Horikoshi werden bereits seit vielen Jahren in Waschmitteln eingesetzt. Schon bei Raumtemperatur entfalten die Enzyme ihre Wirkung und sorgen dafür, dass die Farben von Textilien aufgefrischt werden. Aus meinen Forschungsarbeiten sind rund 30 Patentfamilien entstanden, die mit meinen Industriepartnern, zum Beispiel dem größten Enzymhersteller der Welt, der dänischen Firma Novozymes, angemeldet wurden. Aktuell werden Enzyme für die Nahrungsmittelindustrie und für die Herstellung von Bioethanol auf ihre industrielle Tauglichkeit untersucht. Insgesamt haben Enzyme aus extremophilen Mikroorganismen die Welt grundlegend verändert. Durch die aus dem thermophilen Bakterium Thermus aquaticus gewonnene DNA-Polymerase konnte die Gentechnik ihren Siegeszug antreten. Ohne dieses Enzym, das in der sogenannten PCR-Technik zur Vervielfältigung und Modifizierung von DNA eingesetzt wird, wären die jüngsten technologischen Durchbrüche in der Medizin und Biotechnologie nicht möglich gewesen.
