In einer bahnbrechenden Studie hat ein Forschungsteam um Prof. Dr. Julia Kurth von der Universität Münster ein Enzymsystem in anaeroben Bakterien, insbesondere in Acetobacterium dehalogenans, identifiziert, welches in der Lage ist, das giftige Gas Chlormethan abzubauen. Chlormethan ist nicht nur ein potenzielles Gesundheitsrisiko, sondern auch ein wesentlicher Beitrag zur Abnahme der Ozonschicht. Es entsteht bei der Verbrennung von Kohle, Biomasse und anderen Rohstoffen, wird jedoch auch von natürlichen Quellen wie Algen, Pflanzen und Pilzen freigesetzt.
Das neu entdeckte Enzymsystem wandelt Chlormethan in ungiftige Substanzen um, indem es das Chloridion von der Methylgruppe entfernt. Dies geschieht in einer sauerstofffreien Umgebung, wo Acetobacterium dehalogenans das Chlormethan als Energie- und Kohlenstoffquelle nutzt. Der Abbauprozess in anaeroben Umgebungen war zuvor nicht bekannt, was diese Entdeckung besonders bedeutend macht.
Wissenschaftliche Bedeutung und Methodik
Das Enzym leitet Chlormethan durch ein molekulares „Tunnelsystem“ zum aktiven Zentrum, an dem der Methyltransfer stattfindet. Genetische Informationen für die beteiligten Proteine wurden auch in anderen Bakterien gefunden, die in verschiedenen Umgebungen, wie dem Magen-Darm-Trakt oder im Meeresboden, leben. Dies weist darauf hin, dass der Abbauweg in der Natur verbreitet ist.
Die Forschung wurde durch vergleichende Genexpressionsanalysen identifiziert, und die physikalischen Eigenschaften des Enzyms wurden durch UV/VIS-Spektroskopie charakterisiert. Zudem wurde die Struktur des Enzyms mit Röntgenstrukturanalyse entschlüsselt. An dieser bedeutenden Studie arbeiten auch Wissenschaftler aus Straßburg, Grenoble und Marburg mit Unterstützung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie der Max-Planck-Gesellschaft.
Auswirkungen auf Umwelt und Klimaforschung
Die Erkenntnisse aus dieser Studie könnten weitreichende Auswirkungen auf den Umweltschutz und die Klimaforschung haben. Anaerobe Bakterien wie Acetobacterium dehalogenans sind potenziell in der Lage, Chlormethan in Böden und Gewässern zu zersetzen, was zur Verbesserung von Klimamodellen beitragen könnte. Die Identifizierung der Enzyme und Gene könnte darüber hinaus zur Entdeckung weiterer anaerober Mikroben führen, die Chlormethan umwandeln.
Chlormethan hat nicht nur aufgrund seiner direkten Wirkung auf die Ozonabbauprozesse Relevanz, sondern auch, weil es in verschiedenen biologischen Zyklen eine Rolle spielt. Laut Nature gibt es verschiedene gelistete Studien, die die Auswirkungen von Chloromethanen auf die menschliche Gesundheit und die umgebenden Ökosysteme analysieren. Vermutlich könnte diese neue Erkenntnis auch einen Einfluss auf die Möglichkeiten haben, die Emission von Ozon abbauenden Stoffen weiter zu reduzieren.
Der Ozonabbau ist ein globales Umweltproblem, das durch anthropogene Emissionen halogenierter Substanzen und Distickstoffmonoxid verstärkt wird. Wikipedia beschreibt Ozonabbau als die Zerstörung des Ozons in der Stratosphäre durch photochemische und katalytische Prozesse. Meteorologische Faktoren, Vulkanausbrüche und große Waldbrände sind ebenfalls Ursachen, die zu einem erhöhten Ozonabbau beitragen. Die Ozonkonzentration ist seit den 1970er Jahren gesunken, was besonders während des antarktischen Frühlings auffällig ist.
Zusammenfassend illustriert die aktuelle Forschung zur Rolle von anaeroben Bakterien beim Chlormethanabbau nicht nur biochemische Prozesse, sondern auch deren potenzielle Anwendungen im Kampf gegen den Ozonabbau und den Klimawandel.