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Protisten-Power

Bizarre Ur-Lebewesen überraschen als Synthesekünstler. Protisten, archaische Vorgänger von Pflanzen und Tieren, bestehen meist aus nur einer einzigen Zelle. Doch ihr Stoffwechsel ist hoch entwickelt: Die Winzlinge erzeugen Pharma-Wirkstoffe und Nahrungsmittelzusätze für den menschlichen Bedarf. Und bieten obendrein was fürs Auge.

Erst sieht es so aus, als sei das Bild unscharf. Die Konturen des ovalen Fladens in der Bildschirmmitte scheinen verwischt. Doch das Bild, das aus einem Mikroskop auf den Labormonitor übertragen wird, ist in Wahrheit gestochen klar. Was wie Unschärfe anmutet, ist rasche Bewegung: ein Flimmern, das an der Außenseite des Objekts unaufhörlich durch einen Kranz winziger Härchen läuft. Der Fladen lebt. „Das ist ein Ciliat, ein Wimperntierchen“, sagt Dr. Thomas Kiy und tippt auf das 1000fach vergrößerte Wesen auf dem Bildschirm, das sich gerade langsam um die eigene Achse dreht. „Sehen Sie die blasenartigen Einschlüsse in seinem Inneren? Das sind Öltröpfchen. Die bestehen zu rund 50 Prozent aus PUFA.“ An den Poly-Unsaturated Fatty Acids – mehrfach ungesättigten Fettsäuren – ist die Industrie nachhaltig interessiert. Zu ihnen gehören die „Omega-Fettsäuren“, denen Ernährungswissenschaftler eine Schutzwirkung vor Herz-Kreislauf-Krankheiten zuweisen. Aber das ist beileibe nicht alles. Einige PUFA-Fettsäuren finden sich in der Milch stillender Mütter. Sie sind unverzichtbar für den Aufbau von Gehirn und Sehapparat, besonders in der frühkindlichen Entwicklung. Darum mischt man sie in Babynahrung. Aber auch Backwaren wie „ Omega-Brot“, Tierfutter und Designer-Drinks werden mit den wertvollen Fettsäuren angereichert, zählt Thomas Kiy weiter auf. In „Fischöl-Kapseln“ kann der Gesundheitsbewußte sie sogar in Reinform konsumieren. „Bislang hat man PUFA vor allem aus massenhaft gefangenem, fettreichem Kaltwasserfisch gewonnen“, erläutert der 37jährige Biologe. „Aber erstens ist das Raubbau an natürlichen Rohstoffen. Zweitens haftet an den aus Fischöl gewonnenen Substanzen ein Tran-Aroma, was ohne aufwendige Reinigungsprozesse die Verwendbarkeit einschränkt. Drittens ist Fischöl manchmal mit Pestiziden und Schwermetallen verunreinigt.“ Dagegen stellt er eine biotechnische Alternative: „Fischöl“, für das kein Fisch ins Netz gehen mußte – aus Mikroorganismen. Mit seinen Kollegen züchtet er die Organismen in tankartigen Behältern – Fermentern –, die billige Komponenten wie Zucker und Maisquellwasser als Nährmedium enthalten. Luft perlt durch die Fermenter und verhindert, daß die Kleinstlebewesen ersticken. Sie vermehren sich rasch und erreichen nach wenigen Tagen eine Dichte von vielen Millionen Organismen pro Milliliter Kulturflüssigkeit. Dann sind sie reif für die Ernte: Durch ein Verfahren, das Kiy und sein Team optimiert haben, werden die Zellwände aufgerissen. Das austretende PUFA-Öl ist rückstandsfrei, geruchs- und geschmacksneutral – „ein echter nachwachsender Rohstoff“, sagt Kiy. Er leitet das PUFA-Projekt der Axiva GmbH in Frankfurt am Main, früher ein Teil der Zentralforschung des Chemiekonzerns Hoechst. Doch die „Chemikalien“, die hier produziert werden, sind allesamt biologischen Ursprungs. Flaschen mit Kulturlösungen prägen die Szene: Hier züchtet die Arbeitsgruppe im Labormaßstab allerlei exotische Lebewesen, die ihnen in Wasser- und Bodenproben oder tiefgefroren ins Haus geliefert werden, und sie untersucht Stoffwechselleistungen und tüftelt an Kulturmethoden.

Gemeinsamer Nenner dieser wuselnden Mikrowelt, die dem bloßen Auge des Betrachters verborgen bleibt: Es sind Protisten – Lebewesen, die in ihrer Entwicklungsstufe zwischen den Bakterien und der Pflanzen- und Tierwelt stehen. Manche von ihnen sind Mikroalgen, ernähren sich also, via Chlorophyll, letztlich von Licht; andere fressen organische Materie, weswegen sie zu den Tieren (Urtierchen) gezählt werden; wieder andere sind Mischformen aus beidem: sowohl Tier als auch Pflanze. Protisten sind Einzeller wie die Bakterien, haben aber im Gegensatz zu diesen einen Zellkern mit Kernmembran – genau wie die Zellen von Pflanzen und Tieren. Bakterien, Hefen und Pilze sind in ihren Stoffwechselleistungen von Natur aus eingeschränkt und von den Biotechnologen bereits ziemlich abgegrast. Um so beeindruckender ist die Vielfalt und Komplexität der Stoffe, die in Protisten zu finden sind – darin spiegelt sich ihre Nähe zu höherentwickelten Pflanzen und Tieren. So produzieren die Gattungen Tetrahymena und Entamoeba Hormone, die auch im Menschen vorkommen und eine Schlüsselrolle im Nervensystem spielen. Oder: Im Labortest werden Tumore durch Keronopsin A gehemmt – eine Substanz aus einem marinen Wimperntierchen, das Meeresbiologen vor Helgoland fanden. Inzwischen zeigen auch Gentechniker Interesse am Potential der Protisten. So konnte die Arbeitsgruppe von Dr. Greg Matlashewski an der McGill University in Montreal das Gen in Geißeltierchen der Art Leishmania donovani einschleusen, das für die Produktion der Antikrebssubstanz p53 zuständig ist. Die Einzeller stellten danach massenhaft das im Menschen vorkommende Eiweiß her. p53 hemmt das Wachstum von entarteten Zellen.

Besonders vorteilhaft ist es, daß Protisten Eiweißmoleküle auf ähnliche Weise mit Antennen aus Zuckermolekülen versehen (Glykosylierung), wie dies auch im menschlichen Körper geschieht. Diese Zukkerantennen sind unerläßlich für die Wirksamkeit der betreffenden Eiweißstoffe im Organismus. Bakterien sind entwicklungsgeschichtlich zu primitiv – sie können lediglich „ unverzuckerte“ Eiweißmoleküle herstellen. All dies sind erste Ergebnisse aus der Grundlagenforschung – erzielt an Kulturen aus wenige Liter fassenden Laborfermentern und vorläufig nur einigen Dutzend verschiedener Organismen. Die Protisten sind noch ein weißer Fleck auf der Weltkarte der Biotechnologie – ihre industrielle Anwendung steckt in den Kinderschuhen. Zirka 65000 verschiedene Arten umfaßt ihr Riesenreich. Doch nicht mehr als zehn Protisten-Arten werden derzeit von Biotechnologie-Firmen großtechnisch genutzt oder stehen unmittelbar vor der Nutzung. In Deutschland entwickelt die Axiva in Frankfurt am Main Produktionsverfahren bis zum 20-Tonnen-Maßstab zur Gewinnung von PUFA und Enzymen aus Protisten. An der Massenkultivierung von Mikroalgen arbeitet das Institut für Getreideforschung in Potsdam-Rehbrücke. „Es ist schon seltsam“, wundert sich Thomas Kiy. „Mit Ausnahme weniger kleiner Firmen hat sich offenbar bisher niemand für die Protisten zuständig gefühlt.“ Einerseits schmerzt ihn die mangelnde Bekanntheit der Einzeller – auch darum hat er einen Lehrauftrag an der Universität Köln über Protisten-Biotechnologie angenommen. Andererseits ist das dem Industrieforscher Kiy gar nicht so unrecht. Denn das gibt seiner Arbeitsgruppe die Chance auf einen komfortablen Vorsprung vor möglichen Konkurrenten. Kiy: „Die Protisten sind ein noch ungehobener Schatz.“

Thorwald Ewe

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