Ein Bakterium als wahrer Lebenskünstler
Halomonas elongata produziert einen Schutzstoff, der sich auch für Hautcremes verwenden lässt - Bonner Forscher lüften Geheimnis um stäbchenförmige Zelle
Bonn. Erbarmungslos verdunstet die Sonne Meerwasser aus riesigen, flachen Becken der Salinen - Quellen des "weißen Goldes" Salz. In diesem lebensfeindlichen Milieu leben Mikroorganismen. Bonner Forscher lösten das Rätsel, wie ein salzliebendes Bakterium mit dem Namen Halomonas elongata sich diesem extremen Standort anpasst.
"Ein solcher Salzsee ist so trocken wie ein Keks", erklärt Professor Erwin Galinski vom Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie der Universität Bonn. "Eine Zelle verliert normalerweise in einem so hochsalzigen Milieu Wasser." Die Forscher interessiert, welchen Schutzmechanismus dieses Bakterium gegen das Austrocknen seiner stäbchenförmigen Zelle entwickelt hat.
Die Bonner Wissenschaftler haben das Geheimnis gelüftet und eine bisher unbekannte ringförmige Aminosäure - das so genannte Ectoin - entdeckt. Diese natürliche Substanz bietet der Bakterienzelle gleichzeitig Schutz vor starker Trockenheit, Hitze sowie intensiver Sonneneinstrahlung und stabilisiert Biomoleküle - beispielsweise Proteine und Nukleinsäuren, die Träger der Erbinformationen.
Anwendungen beim Menschen gibt es bereits: Ectoin soll auch unsere Haut vor Umweltstress schützen. Die Firmen Bitop und Merck produzieren diesen Wirkstoff für den kommerziellen Einsatz in Hautcremes. Auch die Sonnenschutzcremes von morgen könnten Ectoin enthalten, da es der Haut- wie der Bakterienzelle Schutz gegen UV-Strahlung und Hitze bieten könnte.
Halomonas elongata erweist sich als wahrer Lebenskünstler, denn er kann das Zehnfache der normalen Salzkonzentration des Meerwassers vertragen. Dabei ist das Bakterium sehr flexibel und trotzt auch einem niedrigeren Salzgehalt seiner Umgebung.
"Unsere Bakterien häufen Ectoin genau in der benötigten Menge an. Ist zu wenig Ectoin da, würde die Zelle Wasser verlieren und schrumpeln. Ist dagegen zu viel da, würde sich die Zelle durch einströmendes Wasser aufblähen", erklärt Mikrobiologe Hans Jörg Kunte.
Die Bakterien stellen sich immer wieder auf Änderungen des Salzgehaltes ein. Auch einen Schock, wie eine schlagartige Verdünnung durch einen heftigen Regenfall, meistern sie spielend. "Im Normalfall würde die Zelle platzen, wenn sie den Wasserdruck nicht mehr aushalten kann - gäbe es da keine Überdruckventile, die sich öffnen", sagt Galinski.
Das nützten die Bonner Forscher aus und entwickelten ein neuartiges Produktionsverfahren für reines Ectoin. Sie züchten die Bakterien in viel Salz an und geben dann sehr rasch Wasser dazu.
Das Wasser strömt dann zur höheren Salzkonzentration, also in die Zelle. Die droht zu platzen, würde sie nicht überschüssiges Ectoin und Wasser über die Überdruckventile abstoßen. "Mit diesem Verfahren können wir im Labor die Bakterien einmal am Tag abmelken", berichtet Galinski.
Die Idee griff die Firma Bitop in Witten auf und setzte diese in den technischen Maßstab um. "Das Bakterienmelken hat noch einen kleinen Schwachpunkt. Die Bakterien müssen sich erholen, bevor wir sie erneut einer hohen Salzkonzentration aussetzen", konstatiert Kunte.
Die Bakterienzelle kann normalerweise auch über die Zellhülle Ectoin von Außen aufnehmen. "Wir haben die Bakterien jetzt genetisch so manipuliert, dass dieser Weg jedoch blockiert ist", erzählt Kunte. Wie bei einer Einbahnstraße kann nun die Substanz nur noch nach außen strömen. Dadurch produziert die mutierte Zelle immer weiter neues Ectoin nach und die Ausbeute ist viel höher als beim normalen Bakterienmelken.
