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Marburg Millionen-Preis für die Marburger Forschung
Marburg Millionen-Preis für die Marburger Forschung
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10:00 14.07.2022
Prof. Dr. Tobias Erb, Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg, erhält den Merck Future Insight Prize 2022 für seine Arbeiten zur künstlichen Photosynthese.
Prof. Dr. Tobias Erb, Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg, erhält den Merck Future Insight Prize 2022 für seine Arbeiten zur künstlichen Photosynthese. Quelle: Malte Joechel, Max-Planck-Institut
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Marburg

Pflanzen haben eine wichtige Fähigkeit: Sie können das Treibhausgas Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht in andere Kohlenstoff-Verbindungen und Sauerstoff umwandeln. Dieser Prozess nennt sich Photosynthese und könnte bei der Bewältigung des Klimawandels helfen, wenn man ihn künstlich nachbauen könnte.

Zugleich könnte man in Zukunft mit künstlicher Photosynthese Grundstoffe zum Beispiel für die chemische Industrie nachhaltig erzeugen. Wie das funktioniert, erforscht Professor Dr. Tobias Erb am Marburger Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie. Für seine Arbeiten hat er nun eine Million Euro Preisgeld bekommen: Am Mittwoch erhielt er in Darmstadt den Merck Future Insight Prize. Erb und sein Team ahmen aber nicht einfach die natürliche Photosynthese im Labor nach, sondern sie haben ein Verfahren entwickelt, das CO2 noch besser einfängt als die Natur. Denn die Effizienz einer Pflanze bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Biomasse beträgt gerade einmal ein Prozent. „Am Anfang stand die Frage: Wie sieht die Photosynthese aus?“, beschreibt Erb seine Forschung, die auf einer ersten Idee aus dem Jahr 2009 aufbaut. „Wir haben im Prinzip einen Bauplan gemacht. Und dann haben wir Einzelteile gesucht, die wir da hineinbauen.“ So haben die Forscherinnen und Forscher einen künstlichen Stoffwechsel-Weg zusammengebaut.

Mikroskopisch kleine Zellen

Der „CETCH-Zyklus“ ist nach den Anfangsbuchstaben der beteiligten Enzyme benannt. Diese Eiweiße, die chemische Prozesse steuern, stammen im Gegensatz zur natürlichen Photosynthese nicht nur aus Grünpflanzen, sondern auch aus Hefen und Bakterien. Ein wichtiger Biokatalysator kommt zum Beispiel vom Bodenbakterium Kitasatospora setae. Es betreibt zwar keine Photosynthese, ist aber in der Lage, seinen Kohlenstoff-Bedarf in einer kohlenstoffarmen Umwelt zu decken. Die Energie aus Sonnenlicht liefern dazu aus Spinatpflanzen isolierte Photosynthese-Membranen. Im Labor erzeugte mikroskopisch kleine künstliche Zellen, die in einer Öl-Emulsion schwimmen, können Kohlendioxid bis zu 100-mal schneller binden als bisherige Ansätze. Damit lassen sich organische Stoffe herstellen. „Inzwischen können wir Vorstufen von Antibiotika erzeugen“, sagt Erb. Möglich seien aber auch viele andere Stoffe – der künstliche Photosynthese-Zyklus sei wie ein Betriebssystem, auf das man verschiedene Anwendungen aufspielen könne.

Merck Future Insight Prize

Der Merck Future Insight Prize ist mit einer Million Euro dotiert. Der Preis wurde vom Darmstädter Pharma- und Chemie-Unternehmen anlässlich seines 350-jährigen Bestehens im Jahr 2018 vergeben. In den kommenden 35 Jahren will Merck mit dem Forschungspreis jedes Jahr wissenschaftliche Arbeit in den Bereichen, Gesundheit, Ernährung und Energie fördern, die zu neuen bahnbrechenden wissenschaftlichen Erkenntnissen oder der Entwicklung von Schlüsseltechnologien beiträgt. Die Jury ist mit international renommierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern besetzt.

Den Future Insight Prize sieht Erb, der in diesem Jahr einziger Preisträger ist, als „Auszeichnung für die lange und harte Arbeit“ des Forschungsteams: „Er gibt mir und meinem Team die Möglichkeit, unsere Vision weiterzuentwickeln und mit dem Wissen, das wir im Labor schaffen, die Grundlage für neue Anwendungen zu schaffen.“ Belén Garijo, Vorsitzende der Geschäftsleitung von Merck, hebt hervor, dass Erbs Forschung „zum Wohle der Menschen“ angewandt werden könne. Der Marburger Forscher sei „der perfekte Preisträger des Future Insight Prize 2022, und wir hoffen, dass diese Auszeichnung die Kommerzialisierung und Anwendung seiner Entdeckungen weiter beschleunigen wird“. Bis diese Forschung in der Praxis angewandt werden kann, ist es noch ein weiter Weg: „Momentan haben wir einen Prototypen gebaut – wir können ihn über zwei Stunden laufen lassen, dann macht er schlapp“, erklärt Professor Erb. Diesen Prototypen wolle er nun in den nächsten zehn Jahren weiterentwickeln.

Genau jetzt kann Erb das Preisgeld gut verwenden: Er will es dazu nutzen, „die besten Leute einzustellen und in die Technologie zu investieren, die wir für diese Vision brauchen“. Die Interaktion mit vielen Wissenschaftlern aus der ganzen Welt motiviere ihn im Labor. „Sie sind hierher nach Marburg gekommen, um mit uns zusammenzuarbeiten“, sagt Erb. „Sie kommen mit neuen Ideen, die mich inspirieren. Und sie werden die nächste Generation von Wissenschaftlern formen, die unsere Forschungen weiter ausbauen werden.“

Zur Person

Professor Dr. Tobias J. Erb ist Biologe und Chemiker. Seit 2014 arbeitet er am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg, seit 2017 ist er Geschäftsführender Direktor des Instituts. Erb leitet dort die Abteilung „Biochemie und Synthetischer Metabolismus“. Seine Forschungsschwerpunkte sind die mikrobielle Biochemie und die synthetische Biologie, vor allem die Entdeckung und das Design neuartiger Enzyme und Stoffwechselnetzwerke sowie deren Einbau in natürliche und künstliche Zellen. Im Mittelpunkt steht dabei die Umwandlung von Kohlendioxid (CO2). Für seine Arbeiten wurde Erb international ausgezeichnet, zuletzt mit dem Prix Forcheurs Jean-Marie Lehn (2021).

Von Stefan Dietrich

13.07.2022
13.07.2022