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„Hotspot der Mikrobiologie“

Forscherpreis „Hotspot der Mikrobiologie“

Tobias Erb leitet eine Nachwuchsforschergruppe zum Stoffwechsel von Bakterien.

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Doktorand Thomas Schwander (links) und Forschungsgruppenleiter Tobias Erb freuen sich über gelungene Experimente.

Quelle: Martin Schäfer

Marburg. Wer alltäglich zur Arbeit die Lahnberge mit dem Fahrrad bezwingt, gehört sicher zu den ambitionierteren Zeitgenossen. Wer dies sogar mitsamt Sohnemann im Fahrradanhänger schafft, muss schon besonders konditioniert und motiviert sein. Ein solcher ist Tobias Erb, Biologe am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, der immerhin mit Elektro-Hilfsantrieb seinen Sohn in die Kita der Universität bringt, bevor das Tagwerk des Forschers im Institut beginnt.

Dort leitet Erb eine Nachwuchsforschergruppe zum Stoffwechsel von Bakterien. Wobei das Wörtchen „Nachwuchs“ die Sache nicht ganz trifft: Der 36-jährige Biologe ist ein gestandener Forscher, der in einer kleinen, unabhängigen Abteilung rund 15 Gleichgesinnte - vom Bachelorstudenten bis zum Postdoc - um sich geschart hat, um die Geheimnisse der Natur zu entschlüsseln und technisch zu nutzen. Die Forschergruppe untersucht, wie Pflanzen und Bakterien den Kohlenstoff aus dem in der Luft vorkommenden Kohlendioxid binden und für den eigenen Stoffwechsel nutzen. Für seine Forschung hat Tobias Erb jetzt den wichtigsten deutschen Nachwuchsforscherpreis erhalten, den von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und vom Bundesforschungsministerium gemeinsam verliehenen Heinz-Maier-Leibnitz-Preis. Als Anerkennung und Ansporn erhalten fünf Forscherinnen und fünf Forscher jeweils 20000 Euro.

Man muss sich das so vorstellen: Alle Pflanzen, die in der Natur vorkommen, wachsen sozusagen aus der Luft. Alle festen Strukturen, alle organischen Substanzen bestehen aus dem Kohlenstoff, den die Pflanze dem Kohlendioxid aus der Luft abringt. Wasser und Nährstoffe kommen aus dem Boden, spezielle biokatalytische ­Prozesse in den Blättern erlauben es den Pflanzen, das äußerst stabile Kohlendioxid (CO2) - bestehend aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen - aufzubrechen und für den eigenen Bedarf zu nutzen. „Die Natur hat diese Kohlenstoff-Fixierung mindestens siebenmal erfunden“, erklärt Erb. Etwa in höheren Pflanzen oder auch Bakterien.

Die Forscher wissen nun, dass diese Kohlenstoff-Fixierung in Pflanzen eher ineffizient abläuft. Die beteiligten Stoffwechselprozesse waren in der Entwicklungsgeschichte zunächst vermutlich für andere Aufgaben vorgesehen und hatten erst später das Aufbrechen des CO2 mit Sonnenlicht „gelernt“. „Die Pflanzen haben die Kohlenstoff-Fixierung gewissermaßen auf dem zweiten Bildungsweg gelernt“, erklärt Erb. Bakterien hingegen sind um den Faktor 10 bis 100 effizienter, weswegen Erb sich überwiegend mit diesen Organismen beschäftigt.

Der Biologe verbindet damit große Visionen. Genauso wie die Natur über Millionen von Jahren das Pflanzenmaterial zu Kohle, Erdöl und Erdgas verdichtet hat, was die Rohstoffgrundlage unserer technischen Gesellschaft bildet, könnten Mikroorganismen in Zukunft diese Rohstoffgrundlage bieten. Erb denkt etwa an Biokraftstoff aus Mikroorganismen. Ferner könnten Bakterien die Vorstufen von Kunststoffen, Antibiotika und vielen anderen chemischen oder pharmazeutischen Produkten liefern. „Das ist allerdings eine Generationenaufgabe“, meint der Biologe.

„Wir müssen in alle Richtungen denken dürfen“

Nach Ansicht von Erb müsse die Biologie nun den Schritt gehen, den die Physik und die Chemie vorgemacht habe. Nach der Phase von Analyse und Untersuchung der Natur kommt die Anwendung. „Wir haben in der Biologie lange beobachtet und beschrieben, jetzt müssen wir synthetisieren“, sagt der Forscher. Er spricht damit ein Gebiet an, das gerade in Marburg forciert wird: Die Mikrobiologie und die synthetische Biologie. „Marburg ist ein Hotspot der Mikrobiologie und der synthetischen Biologie. Deswegen bin ich hierher gekommen“, sagt Erb, der in Freiburg studierte und promovierte und nach der Postdoc-Zeit in den USA und einer Station an der ETH Zürich nach Marburg wechselte.

Im Reagenzglas hat es seine Arbeitsgruppe schon geschafft, in einem Stoffkreislauf das CO2 aufzuspalten und den Kohlenstoff in ein organisches Molekül einzubauen. 15 Enzyme - also aktive Eiweißstoffe - sind daran beteiligt. Daran sieht man, wie die synthetische Biologie arbeitet. Die 15 beteiligten Enzyme entstammen sechs verschiedenen Organismen. Zwei Enzyme sind neu entworfen. „15 Enzyme im Reagenzglas - das ist schon kompliziert genug. Das in einer lebenden Zelle zu realisieren, ist nochmal eine Nummer größer“, sagt Erb.

Vielleicht böten sich auch technische Lösungen an, durch die Kohlenstoff-Fixierung den Klimawandel zu bändigen. Erb jedenfalls ist ein starker Verfechter der Forschungsfreiheit. „Wir müssen in alle Richtungen denken dürfen.“ Und: „Wir als Forscher können Technikzukünfte entwerfen, die im Dialog mit der Gesellschaft realisiert werden“, sagt Erb, der sich als Mitglied der Jungen Akademie auch in der Forschungspolitik engagiert.

von Martin Schäfer

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