Eine neue 200-Liter-Fermentationsanlage wurde jetzt an der Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie der Universität Leipzig im alten Heizhaus in der Talstraße 25 in Betrieb genommen. Das Heizhaus, ein viele Jahre leer stehendes Industriedenkmal, konnte zu diesem Zweck vom Staatsbetrieb Sächsisches Immobilien- und Baumanagement (SIB), Niederlassung Leipzig II teilweise saniert werden.

Was ist ein Fermenter?

Einen Fermenter oder Bioreaktor muss man sich als großen Kessel vorstellen, wie er beim Bierbrauen genutzt wird. Unser Fermenter fasst 200 Liter und dient der sterilen Züchtung von Mikroorganismen. Dazu setzt man ein Nährmedium in den Kessel, das man mit Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilzen impft. Diese finden hier nun den nötigen Nährboden, um zu gedeihen und sich zu vermehren. "Die Mikroorganismen können nun entweder etwas Erwünschtes produzieren wie z.B. Antibiotika oder aber - wie beim Bierbrauen - Alkohol", sagt Prof. Dr. Matthias Boll vom Institut für Biochemie der Universität Leipzig, der als Stoffwechselchemiker und Enzymologe den Fermenter für seine Forschungen braucht. "Manchmal sind aber auch die Organismen selbst von Interesse, wenn sie z.B. noch wenig erforscht sind und neue Fähigkeiten aufweisen."

Abbau von Schadstoffen ohne Sauerstoff

Prof. Boll und sein Team wollen mit dem Fermenter erforschen, wie Schadstoffe ohne Sauerstoff abgebaut werden können. Die daran beteiligten Eiweiße oder fachsprachlich Enzyme fungieren dabei als Biokatalysatoren. Der Schadstoffabbau ohne Sauerstoff ist aber bislang wenig erforscht.

"Zwar weiß man seit ungefähr 60 Jahren, dass und wie der Schadstoffabbau mit Sauerstoff funktioniert. Allerdings gibt es viele Bereiche auf unserer Erde, wo kein Sauerstoff vorhanden ist.", weiß Prof. Boll. Seit kurzem wisse man auch, dass Schadstoffe auch ohne Sauerstoff abgebaut werden können. Dies sei ein wichtiger Prozess vor allem im Grundwasser, oder in Fluss-, See- oder Meeressedimenten. Die Frage sei aber: Wie geht das vor sich? Man wisse nur, dass viele völlig neue Bakterien mit bislang kaum bekannten Stoffwechselwegen beteiligt sind.

Diese Bakterien will ein Netzwerk von 23 Forschern aus Deutschland und Großbritannien, die innerhalb eines DFG-Schwerpunktprogramms verknüpft sind, nun mit der neuen Fermentationsanlage erforschen. Bislang wurden diese Bakterien nur im kleinen Maßstab gezüchtet. Mit dem Fermenter ist es jetzt erstmals möglich, größere Mengen dieser anaeroben Schadstoffabbauer zu züchten. Anaerob sind die Bakterien, weil sie keinen Sauerstoff für ihre Stoffwechselprozesse brauchen.

Die Anlage muss dabei spezielle Anforderungen erfüllen: so muss sie z.B. resistent gegen Sulfid sein, welches diese Bakterien oft produzieren. Sulfid aber korridiert gewöhnliche Metalle oder ist häufig für Lecks in Öl-Pipelines verantwortlich. Eine Reihe von Sonderanfertigungen garantieren, dass das Sulfid den Fermenter nicht schädigt. Am allerwichtigsten ist aber der 100%ige Ausschluss von Sauerstoff, denn den mögen die Anaerobier gar nicht.

Ziel der Forschungen

"Dies öffnet die Tür, die Funktionsweise der Abbauer erstmals zu verstehen. Es geht darum die noch wenig bekannte Welt dieser Anaerobier zu ergründen.", erklärt Prof. Boll. Das ist kein Selbstzweck. "Wenn es uns gelingt, bislang noch unbekannte Abbauwege und die daran beteiligten biochemischen Reaktionen zu verstehen, kann auch der Schadstoffabbau ohne Sauerstoff besser verstanden werden", so Boll weiter. "Darüber hinaus können gezielt Maßnahmen getroffen werden, diesen zu fördern." So könnten molekulare Werkzeuge entwickelt werden, mit denen die anaeroben Schadstoffabbauer in der Natur aufgestöbert werden können, ihr natürliches Abbaupotential besser beurteilt und gezielt gefördert werden kann, indem man z.B. den Bakterien Zusatznährstoffe zukommen lässt.

Zuletzt gibt es aber auch eine biotechnologische Seite: viele der Biokatalysatoren (Enzyme) der Anaerobier, die beim Schadstoffabbau eingesetzt werden sind einzigartig in der Natur. Einige von Ihnen könnten in Zukunft dafür eingesetzt werden, industriell wichtige, chemisch schwierige Reaktionen durchzuführen, beispielsweise bei Herstellung neuer Wirkstoffe in der Pharmaindustrie. Hierzu müssen diese Biokatalysatoren (Enzyme) aber erst einmal isoliert und charakterisiert werden. Und was man dazu braucht, ist viel Zellmasse der Anaerobier, welche wiederum in dem Fermenter gezüchtet werden können.


(Universität Leipzig)