Retten Mikroben den Planeten?

Mikroben sind mit bloßem Auge nicht zu erkennen – und die ältesten und vielfältigsten Lebensformen auf der Erde. Bakterien, Viren, Pilze und Algen haben sich über Milliarden von Jahren entwickelt und dabei eine Reihe von Eigenschaften und Funktionen ausgebildet, die für den Lebenszyklus entscheidend sind. Mit Durchbrüchen wie dem Pockenimpfstoff und Penicillin haben sie dazu beigetragen, die Medizin zu revolutionieren und unzählige Leben zu retten.

In den letzten Jahren haben die Fortschritte in der Mikrobiologie die Anwendungsmöglichkeiten von Mikroben noch erweitert, zum Beispiel zur Verbesserung der Ernteerträge, zur Bekämpfung des Klimawandels und zum Recycling. 

Mikroben spielen eine wichtige Rolle in globalen biologischen Kreisläufen, insbesondere bei der Zirkulation und Verbreitung von CO₂ und anderen Treibhausgasen. Einerseits können sie eine Emissionsquelle sein. Bei der Zersetzung bauen Bakterien organische Substanzen durch die Atmung ab und setzen CO₂ als Nebenprodukt frei. Algen wachsen in verunreinigten Gewässern sehr schnell und schaffen „Totzonen“, weil sie den Sauerstoffgehalt verringern und die Umgebung für andere Organismen unwirtlich machen.

Bekämpfung der Plastikverschmutzung

Tatsächlich bieten Mikroben eine Reihe weiterer Vorteile für die Umwelt. Sie können die Fruchtbarkeit des Bodens verbessern, den Bedarf an synthetischen Düngemitteln, Fungiziden und Insektiziden verringern und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Umweltstressfaktoren erhöhen. Bestimmte Mikrobenarten können zur Bioremediation beitragen, also zur Beseitigung von Schadstoffen, Toxinen und anderen Verunreinigungen aus Boden und Wasser. Mikroben spielen auch eine wichtige Rolle bei der Verwertung von Lebensmittelabfällen durch Kompostierung: Bakterien zersetzen Lebensmittel und biologisch abbaubare Abfälle in nährstoffreichen Boden, wodurch gleichzeitig Abfall reduziert und etwas Nützliches produziert wird. Wissenschaftler wollen dieses Prinzip auf einen der häufigsten Schadstoffe anwenden – Plastik.

Plastik ist eine Plage für die Umwelt, weil es nicht biologisch abbaubar ist. Durch Sonnenlicht, Oxidation oder Reibung zerfällt es in immer kleinere Stücke. Aber dieses Mikroplastik, aus dem schließlich Nanoplastik wird, verbleibt in der Umwelt, verunreinigt Wasser und Boden und schadet Tieren. Wissenschaftler entwickeln neue mikrobiologische Verfahren, um dieses Problem zu lösen.

Kunststoffe bestehen aus Polymeren, langen Ketten sich wiederholender molekularer Einheiten, die Monomere genannt werden. Dr. Joanna Sadler und ihre Kollegen von der Universität Edinburgh erkannten, dass diese Polymere, sobald sie abgebaut sind, mit Hilfe von gentechnisch veränderten Bakterien in höherwertige Produkte umgewandelt werden könnten.

„Unser Ziel ist es, sowohl die Kunststoffindustrie zukunftssicher zu machen als auch die schwierigeren Aspekte des heutigen Plastikabfalls anzugehen“, sagt Dr. Sadler. Ihr innovativer Ansatz besteht darin, das CO₂ aus dem Kunststoff in die Stoffwechselprozesse einer Zelle einzubinden. Indem sie das Genom der Zelle manipulieren, können sie dieses CO₂ so umleiten, dass ganz andere Stoffe gebildet werden. Es ist ihnen bereits gelungen, PET-Kunststoffmoleküle in Vanillin umzuwandeln, das Molekül, das für den Duft und das Aroma der Vanille verantwortlich ist und in der Parfümherstellung verwendet wird.

„Dieser Ansatz ermöglicht es uns, Kunststoff als potenziellen Rohstoff für die grüne Wirtschaft zu betrachten, was einen Paradigmenwechsel in der Einstellung zu Plastikabfällen darstellt“, sagt Dr. Sadler. „Wir haben bereits bewiesen, dass es zur Herstellung von Vanillin verwendet werden kann, und Forschungsergebnisse aus der ganzen Welt belegen, dass Kunststoff in eine Reihe interessanter und kommerziell relevanter Produkte umgewandelt werden kann. Das ist ein Synergievorteil.“

Weitere Verwendungsmöglichkeiten für Bakterien können durch gentechnische Verfahren erschlossen werden, die von kleinen bis hin zu umfangreichen Anpassungen reichen können. Dr. Sadler weist darauf hin, dass schrittweise Änderungen oft bessere Ergebnisse bringen. „Es kommt darauf an, was man von den Bakterien will. Wenn die Bearbeitungen nur ein paar Schritte vom Ausgangsmaterial entfernt sind, ist es in der Regel einfach“, sagt sie. „Wenn man aber große synthetische Gen-Cluster einführt, kann dies die Lebensfähigkeit und Wachstumsrate der Bakterien beeinträchtigen.“ 

Diese Fortschritte in der Biotechnologie zeigen nicht nur die bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit des mikrobiellen Lebens, sondern unterstreichen auch das Potenzial für von der Natur inspirierte Lösungen zur Bewältigung der akuten Herausforderung der Umweltzerstörung.

Einblicke für Investoren

Von Jennifer Boscardin-Ching, Senior Client Portfolio Manager, Thematic Equities, Pictet Asset Management

Mikroben sind für unser tägliches Leben unverzichtbar und spielen eine wichtige Rolle bei einer Reihe von Umweltlösungen, wie z. B. bei der Bekämpfung der Umweltverschmutzung, in der Abfallwirtschaft und beim Recycling sowie in der nachhaltigen Land- und Forstwirtschaft.

Unser Global Environmental Opportunities Team sieht eine starke Nachfrage nach Biolösungen, die Verbesserungen in einer Vielzahl von Bereichen bringen, von der Ernährung bis hin zum Kunststoffrecycling. Der Sektor bietet defensive Wachstumschancen, die im derzeitigen volatilen Marktumfeld besonders attraktiv sind.