Forscher der Philipps-Universität Marburg haben eines der größten Enzyme der Natur entschlüsselt. Ein Team um Jan Schuller vom Zentrum für Synthetische Mikrobiologie hat den sogenannten Heterodisulfid-Reduktase-Superkomplex erstmals detailliert beschrieben. Die Ergebnisse der Studie werden demnächst im Fachmagazin „Nature“ veröffentlicht. Sie zeigen, wie der riesige Enzymkomplex mit seinen Hunderten Bausteinen ermöglicht, dass methanbildende Mikroorganismen Energie bilden.
Viele Enzyme, die etwa beim Abbau von Zucker Energie für Zellen bereitstellen, sind deutlich kleiner. Der Superkomplex besteht aus 252 Proteinuntereinheiten und 600 Kofaktoren, kleinen Molekülbestandteilen, die für seine Funktion unverzichtbar sind. Er stammt aus dem Mikroorganismus Methanococcus maripaludis, der ohne Sauerstoff lebt und in extremen Lebensräumen, etwa heißen Quellen oder Salzwiesen der deutschen Nordseeküste, vorkommt. Seine komplexe räumliche Struktur ermöglicht einen effizienten Elektronentransfer und damit die Energiegewinnung der Mikroorganismen.
„Passt sich flexibel an Umwelt an“
Diese Mikroorganismen nutzen Wasserstoff, um Kohlendioxid in Methan umzuwandeln, eines der wichtigsten Treibhausgase. Die neuen Erkenntnisse können also helfen, die Rolle methanbildender Mikroorganismen im globalen Kohlenstoffkreislauf und für den Klimawandel besser zu verstehen. „Besonders spannend ist für uns, dass wir sehen, wie flexibel Mikroorganismen ihre Energiegewinnung an ihre Umwelt anpassen“, sagt Schuller.
Mithilfe der Kryoelektronenmikroskopie zeigte das Forschungsteam, dass die Organismen Bestandteile des Enzymkomplexes austauschen können. Ist Wasserstoff knapp, ersetzen sie offenbar gezielt ein Enzym durch ein anderes und passen so ihren Energiestoffwechsel an.
Die Studie gibt demnach Einblicke in die Funktionsweise eines außergewöhnlich großen biologischen Systems und zeigt, wie komplexe molekulare Maschinen Mikroorganismen das Leben unter extremen Bedingungen ermöglichen.
