Forschern an der Wiener Universität für Bodenkultur ist es gelungen, eine Art von Hefe so umzuprogrammieren, dass sie sich von Kohlendioxid allein ernähren kann, statt solches zu produzieren.
Ob als Bierhefe oder Bäckerhefe, der einzellige Pilz Saccharomyces cerevisiae steht seit Jahrtausenden im Dienst der Menschen: Er lebt von Zucker, den er in Ethanol und Kohlendioxid verwandelt, so gewinnt er seine Energie. (Das Ethanol berauscht uns, das CO2 lässt Brot und Kuchen aufgehen.) Die Hefe ist also – wie die Tiere und die Pilze – heterotroph, das heißt, sie ist auf organische Verbindungen, diesfalls Zucker, angewiesen, die autotrophe Lebewesen (also meist grüne Pflanzen) bereits aufgebaut haben, aus Kohlendioxid und Wasser mithilfe der Energie des Sonnenlichts.
Kann man einen solchen heterotrophen Organismus in einen autotrophen verwandeln? Kann man ihm also beibringen, sich statt von organischen Verbindungen wie Zucker von CO2 zu ernähren? Das wäre doppelt interessant: CO2 ist billig, mehr noch, es ist im Überschuss vorhanden, wie mittlerweile alle wissen, weil dieser Überschuss dazu beiträgt, die Atmosphäre zu erhitzen.
Biotechnologen um Diethard Mattanovich (Boku Wien) ist es, wie sie in Nature Biotechnology (16. 12.) berichten, tatsächlich gelungen, eine Hefe von einem heterotrophen in ein autotrophes Wesen zu verwandeln. Zwar nicht Saccharomyces cerevisiae, aber eine andere Art von Hefe, nämlich Pichia pastoris, die industriell verwendet wird, etwa für die Herstellung von Enzymen.
Acht neue Gene eingesetzt
Diese Hefe verwendet normalerweise Methanol (das ist der Alkohol mit einem Kohlenstoffatom, Ethanol hat zwei) als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle. Sie oxidiert ihn erst zum Formaldehyd, baut dann größere Moleküle auf. Die Wiener Biotechnologen machten drei Gene dieser Hefe funktionslos und setzten ihr dafür acht neue Gene aus Bakterien und Pflanzen ein, darunter das Gen, nach dessen Bauanleitung die berühmte Carboxylase RuBisCO hergestellt wird. Diese ist das häufigste Enzym der Biosphäre, sie dient zur Fixierung von CO2.
Die so erzeugte Hefe beherrscht tatsächlich den Calvin-Zyklus, also den Stoffwechselweg, mit dem Pflanzen CO2 assimilieren; sie kann von Kohlendioxid allein leben. Durch Evolution im Labor gelang es noch, ihre Wachstumsgeschwindigkeit und damit auch ihre Effizienz als CO2-Vertilgerin mehr als zu verdoppeln. So könnte sie – oder eine andere, ähnlich klug genmanipulierte Hefe – sich als wertvolles Helferlein im Kampf gegen den Klimawandel erweisen.