(01.09.2020) Ruth Schmitz-Streit ist Direktorin des Instituts für Allgemeine Mikrobiologie an der Universität Kiel. Mit ihrem Team erforscht sie die Regulation des Stickstoff-Metabolismus bei Archaeen und Bakterien, marine Stickstoffzyklen, die Interaktion von Archaeen mit dem angeborenen Immunsystem des Menschen – sowie die Bildung von Biofilmen auf lebenden und nichtlebenden Oberflächen. Dazu werden die Archaeen auch gezüchtet und genetisch manipuliert.
Wieso sind Archaeen so schwer zu kultivieren?
Ruth Schmitz-Streit » Archaeen können in der Natur unter extremen Bedingungen existieren, zum Beispiel bei hohen Temperaturen, bei hohem Salzgehalt oder unter Sauerstoffabschluss. Die Ausstattung für solche Kulturbedingungen gehört nicht gerade zum Standard eines Labors.
Zudem kommen Archaeen oft in Vergesellschaftungen vor, so zum Beispiel in gemischten Biofilmen mit anderen Mikroorganismen. In diesen Konsortien können die vorhandenen Substrate in einer Art Teamarbeit besser verwertet und entsprechende Prozesse bioenergetisch optimiert werden.
Welche weiteren Gründe gibt es für die schlechte Kultivierbarkeit?
Schmitz-Streit » Archaeen sind stark an ihre Lebensbedingungen und an das Zusammenleben mit anderen Organismen in Konsortien angepasst beziehungsweise abhängig von deren Produkten und sind deshalb oft nicht separat zu kultivieren. Sie haben teilweise ein reduziertes Genom und lassen sich deshalb unter den für andere Mikroorganismen optimierten Kulturbedingungen schwer züchten. Zudem benötigen sie zum Teil spezielle Medienzusätze wie Vitamine, die sie aus den üblichen Kulturmedien nicht aufnehmen können.
Gibt es unter den Archaeen Krankheitserreger?
Schmitz-Streit » Anhand der molekularen Daten können wir abschätzen, dass es mindestens so viele verschiedene Archaeen wie Bakterien geben muss – wenn nicht noch mehr. Bisher hat man aber keine Pathogene unter den Archaeen entdeckt, die die Kochschen Postulate erfüllen würden.
Andererseits nimmt beispielsweise bei Darmentzündungen die Häufigkeit des Methan-produzierenden Archaeons Methanosphaera stadtmaniae im Darm oft zu. Wir haben kürzlich gezeigt, dass unser Immunsystem auf dieses Archaeon sehr stark reagiert. In der Medizin finden die Archaeen allerdings bisher zu wenig Beachtung. Hier würde ich mir mehr Forschung wünschen.
Welche wissenschaftlichen Fragestellungen lassen sich mit Archaeen untersuchen?
Schmitz-Streit » Wir arbeiten biochemisch und interessieren uns für neue Enzyme, die sich biotechnologisch einsetzen lassen, zum Beispiel beim Plastikabbau. Wir möchten Archaeen auch für die Proteinproduktion benutzen, was ihre Kultivierbarkeit voraussetzt. Durch ihren besonderen Stoffwechsel erhoffen wir uns neue Ansätze für biotechnologische Prozesse. Archaeen können zum Beispiel in Form von Pyrolysin eine weitere Aminosäure herstellen, die bei der katalytischen Aktivität von Methyltransferasen eine Rolle spielt. Diese Aminosäure könnte man in rekombinante Proteine einbauen. Außerdem wachsen manche Archaeen sogar bei pH 0 – das lässt auf neue, spannende Enzyme hoffen.