Die das Äußerste lieben


Sie lieben die Extreme: besonders heiß, kalt, sauer, strahlend. Seit Wissenschaftler immer mehr Einzeller kennen lernen, die unter extremen Lebensbedingungen gedeihen, steigen die Chancen für Leben im All.

Handelsblatt, Wissenschaft, S. 11, 11. Mai 2006


HB110506 - Die ersten Außerirdischen, auf die Menschen stoßen, werden wohl eine herbe Enttäuschung sein. Sie werden eher einem Magenbakterium ähneln als kleinen grünen Männchen. Wenn Astrobiologen wie Elke Rabbow vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln-Porz an Leben auf anderen Planeten denken, haben sie nicht „E.T.“ vor Augen: „Wahrscheinlicher sind wohl Einzeller“, sagt Rabbow. Diese Erwartung legt eine Gruppe ganz irdischer Mikroorganismen nahe: Die Extremophilen („die das Äußerste lieben“) zeigen Fähigkeiten, die Wissenschaftler vor Ehrfurcht erstarren lassen.

Wer glaubt, Leben brauche Licht, Sauerstoff, moderate Temperaturen, einen neutralen ph- Wert und Wasser, der kennt diese Hardcore-Organismen nicht. So wie Pyrobolus fumarii, der über 100 Grad Celsius erst richtig aufblüht. Oder Deinococcus radiodurans, ein Einzeller, der bis zu 18 000 Gray an radioaktiver Strahlung überlebt, das Zweitausendfache der Hiroshima- Atombombe. Menschen sterben bei sechs Gray. Oder Sulfolobus acidocaldarius, der sich pudelwohl fühlt im 80 Grad warmen Säurebad bei einem ph-Wert von 2 bis 3.

Diese Mikroorganismen leben an den scheinbar unwirtlichsten Orten: im Wasser der heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks, unter gigantischem Druck und kochender Hitze an den Heißwasserquellen der Tiefsee oder noch einige Etagen tiefer im licht- und sauerstofflosen Ozeanboden, im Permafrost der sibirischen Steppe, dem Eis der Arktis, den Salzseen Australiens und den Erdölfeldern Arabiens. „Dass die Extremophilen unter so ungewöhnlichen Bedingungen leben können, hat der Astrobiologie einen deutlichen Schub gegeben“, sagt Rabbow. Nun kann man sich auch Leben vorstellen auf Planeten oder Monden, die für Menschen völlig unbewohnbar sind. Auf denen Bedingungen herrschen, unter denen das Leben einst auf der Erde mit Einzellern begann: heiß und ohne Sauerstoff. Nicht zufällig zählen die meisten Extremophilen zur Gruppe der Archaeen, die früher „Urbakterien“ genannt wurden.

Im Simulationslabor des DLR stellen Rabbow und ihre Kollegen die Strahlungsverhältnisse des Alls und auf dem Mars nach, um zu überprüfen, ob die Einzeller eine Überlebenschance haben – und ob Menschen, die das All bereisen, das „Reinheitsgebot“ einhalten können. Die Forscher malträtieren ihr Haustier Bacillus subtilis mit tödlichen Strahlendosen im luftleeren Raum, um herauszubekommen, was es alles einsteckt. „Im Boden auf dem Mars könnte er die gefährliche UVStrahlung überleben“, sagt Rabbow. Das Eis auf dem Roten Planeten böte Kälte liebenden Mikroorganismen Unterschlupf. Theoretisch könnten Einzeller also mit einer Marsmission eingeschleppt werden. „Und das wäre doch besonders tragisch. Wir finden Leben auf dem Mars, und dann stellen wir fest, dass es Extremophile von der Erde sind.“

Aber nicht nur Weltraumforscher sind fasziniert von den Winzlingen. Auch Biotechnologen wie Garo Antranikian von der Technischen Universität Hamburg-Harburg kriegen leuchtende Augen, wenn es um Extremophile geht. Seine Zunft ist an den molekularen Werkzeugen im Stoffwechsel der Einzeller interessiert. Sie versuchen, die unter extremer Hitze und Kälte besonders gut funktionierenden Enzyme zu identifizieren. „Vor allem für die Pharma- und die chemische Industrie tun sich da große Möglichkeiten auf“, prophezeit der gebürtige Armenier.

In den Genlabors weltweit tummeln sich schon heute Extremozyme, die den Wissenschaftlern die Arbeit erleichtern. Wenn sie in der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) aus DNS-Schnipseln Genabschnitte zusammensetzen, nutzen sie Enzyme aus Einzellern, die hohe Temperaturen gut vertragen. Weil diese Polymerasen so hitzebeständig sind, müssen sie nicht mehr so oft erneuert werden wie die alten DNS-Werkzeuge. Der Reparaturmechanismus von Deinococcus radiodurans, der durch Trockenheit und radioaktive Strahlung zerbröselte DNS zusammenflickt, könnte eines Tages Medizinern Hinweise liefern, wie sie mit der Strahlentherapie Krebszellen effektiver abtöten.

Auch Otto Normalverbraucher könnte profitieren: „Wäsche waschen, ohne das Wasser zu erhitzen, könnte möglich werden“, sagt Antranikian. Statt der gängigen waschaktiven Substanzen bräuchte man nur Eiweiß auflösende Enzyme Kälte liebender Einzeller, die auch im kalten Wasser Speisereste auflösen.

Bis zur Serienreife sei es aber ein weiter Weg, meint Antranikian: „Für industrielle Prozesse braucht man tonnenweise Enzyme und nicht nur ein paar Laborkolben voll“, sagt Antranikian. Sie einfach von den Extremophilen produzieren zu lassen scheitere daran, dass man die Einzeller noch schlecht versteht. Die Gene, die für die Enzyme kodieren, in bekannte Bakterien wie Escherichia coli einzubauen klappe auch nicht immer, weil „die Enzymsysteme der Archaeen oft anders funktionieren“.

Auch Extremophile sind nicht beliebig belastbar. Beispiel Pyrodictium occultum, das „verborgene Feuernetz“. Karl Stetter präsentierte es 1982 in der Zeitschrift „Nature“: „Das war damals eine Sensation, weil es das Pasteur-Prinzip aushebelte“, sagt der inzwischen emeritierte Professor der Uni Regensburg. Bis dahin galt: Etwas abzukochen, es zu „pasteurisieren“, tötet alles Lebendige, bis auf einige Sporen, das Ruhestadium vieler Bakterien. Das Feuernetz fühlt sich aber bei 105 Grad Celsius gerade wohl, 80 Grad sind ihm schon zu kalt. Ab 120 Grad Celsius, der Temperatur beim Sterilisieren, wird es aber auch für den Heißsporn unerträglich. „Ich kann mir nicht vorstellen, dass Leben, wie wir es kennen, über 120 Grad Celsius eine Chance hat“, sagt Stetter. Die natürlichen Grenzen des Werkstoffs ließen das nicht zu: „Das müsste eine ganz andere Lebensform sein, nicht auf Kohlenstoffbasis, vielleicht auf Silikatbasis. Aber das ist reine Science- Fiction.“

Doch bei Extremophilen sollte man mit Überraschungen rechnen: „Wir kennen ja gerade mal ein Prozent der Organismen, 99 sind noch zu entdecken“, sagt Antranikian.

Handelsblatt, Wissenschaft, S. 11, 11. Mai 2006

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