Marine Biotechnologie: Ungeahnte Hoffnungsträger aus der blauen Tiefe

Algen können auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden. Als Energiequelle produzieren sie Wasserstoff; oder ihre Gene werden in Sojabohnen oder Raps übertragen, um als Nahrungsergänzungsmittel den Bedarf der Verbraucher an Omega-3-Fettsäure zu decken. Ein anderer Fokus der Forschung liegt auf den marinen Schwämmen. Die kleinen, sessilen Tiere besiedeln seit circa 800 Millionen Jahren die Weltmeere und entwickelten schon früh Mechanismen, die sie vor Feinden schützen. Dieser Schutz besteht aus Substanzen, die ihre Feinde nicht direkt töten, aber abschrecken sollen. Sie enthalten toxische und pharmazeutische Wirkstoffe und werden in der Krebs-, und hier vor allem in der Leukämieforschung eingesetzt.

Nur ein Bruchteil der biotechnologischen Forschung – etwa ein Prozent – findet im Bereich der marinen Lebewesen statt. Die Kosten für Marineforschung sind sehr hoch, und die Aussicht auf Vermarktung von Entdeckungen liegt noch in weiter Ferne. Führende Bundesländer in der marinen Biotechnologie sind Bremen und Schleswig-Holstein – Bundesländer mit direktem Zugang zum Meer. Das Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) forscht an allen marinen Lebensräumen und ist auch in der marinen Mikrobiologie tätig. „Wir arbeiten viel mit den Mikroorgansimen aus dem Meer und isolieren aus ihnen Naturstoffe. Wir treiben die Forschungen so weit voran, bis sie auf den Markt können“, so Johanna Silber von GEOMAR. Unter den Produkten seien Bestandteile von Kosmetika, Antibiotika und sogar Pflanzenschutzmittel.

Trotz des fehlenden Zugangs zum Meer ist in Baden-Württemberg die marine Sparte der Life Sciences vertreten – in Form von Schwamm- und Algenprojekten. Ein Schwamm wurde sogar in Baden-Württemberg entdeckt: „Tethya wilhelma“, vor zehn Jahren von Franz Brümmer und Dr. Michael Nickel in der Stuttgarter Wilhelma gefunden und erstmals beschrieben. Der kleine, weiße, kugelrunde Schwamm weist eine Besonderheit auf, die ihn von allen anderen Schwammarten unterschiedet: Er kann sich von selbst fortbewegen.

Am Karlsruher Institut für Technologie arbeiten Forscherteams an marinen Schwämmen und an Algen. Anhand des Modellorganismus Aplysina aerophoba, auch „Goldschwamm“ genannt, nehmen Christoph Syldatk und sein Team die Metabolitproduktion in Ex-Situ-Schwammkulturen unter die Lupe. Das Augenmerk liegt auf einer verbesserten Kultivierung der Schwämme unter biotechnologischen Gesichtspunkten. Schwämme zu kultivieren, um Wirkstoffe in sinnvollen Mengen zu produzieren, war bisher ein schwieriger Prozess.

Der Goldschwamm ist eine im Mittelmeerraum weit verbreitete Art der sessilen Lebewesen. Er ist interessant, da er die pharmakologisch wirksame Substanz Aeroplysinin-1 als natürliches Stoffwechselzwischenprodukt (Metabolit) herstellt. Der stark bromhaltige niedermolekulare Stoff wirkt antibakteriell und kann auch das Wachstum von Tumorzellen hemmen. Dieser Metabolit ist auf dem Markt erhältlich. Jedoch müssen zu seiner Gewinnung Schwämme aus der Natur verwendet werden, da die Substanz noch nicht synthetisch im Labor hergestellt werden kann.

Auch an den schwammassoziierten Mikroorganismen wird weiter geforscht. Diese leben meist in einer Symbiose mit den Schwämmen und stellen einen Teil der bioaktiven Naturstoffe her, die bisher häufig durch die räumliche Nähe auch dem Schwamm zugeschrieben wurden.

Ein weiteres Einsatzgebiet der marinen Biotechnologie ist der Energiesektor. In der Energiekrise soll schnell etwas Neues her – effizient und umweltschonend muss es sein. Die CO₂-Bilanz muss stimmen, und landwirtschaftlich fruchtbare Flächen sollen nicht zweckentfremdet werden. Ein Lösungsansatz könnten Algen sein. Nicht nur als Nahrungsmittelergänzung, sondern auch als Biodiesel-, Öl- und Bioethanol-Lieferant sind die kleinen Mikroorganismen mittlerweile bekannt. Außerdem können Algenbioreaktoren, hergestellt zum Beispiel von der baden-württembergischen Subitec GmbH, überall aufgebaut werden. Subitec optimiert ihre Bioreaktoren zur Kultivierung von marinen und Süßwasseralgen für die speziellen Ansprüche der Kunden.

Viele Produkte können aus den Algen gewonnen werden: Neben der Produktion von Stoffen zur Nahrungsmittelergänzung und für die Kosmetikindustrie ist laut Subitec-Geschäftsführer Dr. Peter Ripplinger die Herstellung von Rohstoffen wie Kohlenhydraten oder Lipiden für die energetische Nutzung zukunftsweisend. „Das, was die Welt in Zukunft bewegt, ist nicht der Raps, sondern die Zukunft der Energie aus Biomasse liegt in den Algen“, sagt Ripplinger.

Algen binden bei ihrem Wachstum CO₂. Doch dieses wird bei der Energiegewinnung wieder freigesetzt, daher ist der Prozess insgesamt CO₂-neutral. Vielleicht geht es ja auch noch besser: Professor Clemens Posten und sein Team am Karlsruher Institut für Technologie arbeiten im Bereich der Bioverfahrenstechnik daran, die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii so zu kultivieren, dass sie den umweltverträglichen Energieträger Wasserstoff herstellt - kosten- und energiegünstiger, als es bisher möglich ist.