Neu entdeckte rostfressende Mikrobe kann Methan in Kohlendioxid umwandeln

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Einer der Bioreaktoren, in denen Kartal und seine Kollegen die rostfressenden Mikroben fanden (Foto: © Boran Kartal / Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

München — Forscher vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie und der niederländischen Radboud Universität haben einen Mikroorganismus entdeckt, der die Reduktion von Eisen mit der Oxidation von Methan verbindet. Die Mikrobe “frisst” sowohl Methan als auch Eisen. Sie könnte dadurch eine bedeutende Rolle für die weltweiten Emissionen dieses starken Treibhausgases spielen. 

Die rostfressende Mikrobe kann Methan mit Hilfe von Eisen in Kohlendioxid umwandeln. Im Zuge dieser Umwandlung wird reduziertes Eisen frei, das dann anderen Organismen zur Verfügung steht. So setzt dieser kleine Eisenfresser eine Energiekaskade in Gang, die sowohl den Eisen- wie auch den Methankreislauf beeinflusst. Doch sie fressen nicht nur Rost, sondern können auch Nitrat in Ammonium umwandeln: die Lieblingsspeise der bekannten anammox-Bakterien, die wiederum Ammonium ganz ohne Sauerstoff in Stickstoffgas umwandeln können.

In harmloses Stickstoffgas und Kohlendioxid umgewandelt

“Das ist wichtig in der Abwasserreinigung”, betont Boran Kartal, der kürzlich von der Radboud Universität ans MPI Bremen wechselte. “Man kann einen Bioreaktor bauen, der zweierlei Mikroorganismen enthält, die ohne Sauerstoff sowohl Methan als auch Ammonium umsetzen können. In diesem könnte dann gleichzeitig Ammonium, Methan und oxidierter Stickstoff aus dem Abwasser in harmloses Stickstoffgas und Kohlendioxid umgewandelt werden. Kohlendioxid ist deutlich weniger klimaaktiv als Methan.“ Zudem könnte dieser Prozess auch in Reisfeldern wichtig sein, die etwa ein Fünftel der anthropogenen Methanfreisetzung verursachen.

Näher als erwartet 

Immer wieder gab es in früheren Untersuchungen Hinweise auf solche eisenabhängigen Methanoxidierer. Aber bisher war es keinem Forscher gelungen, sie zu finden und zu isolieren, bis sie überraschenderweise direkt vor unserer Haustür auftauchten. “Nach Jahren der Suche versteckten sie sich in unserer eigenen Probensammlung“, berichtet Mike Jetten von der Radboud Universität lächelnd. “Wir fanden sie schließlich in Anreicherungskulturen aus dem Twentekanal in den Niederlanden, die sich seit Jahren in unserem Labor befanden.”

Als nächstes will Kartal nun die dahinter liegenden Prozesse genauer unter die Lupe nehmen. “Die vorliegenden Ergebnisse füllen eine der letzten Lücken in unserem Verständnis der anaeroben Methanoxidation. Jetzt wollen wir ergründen, welche Proteinkomplexe an diesem Prozess beteiligt sind.”

Vor Milliarden von Jahren 

Die Entdeckung der eisenfressenden Methanoxidierer kann auch ein neues Licht auf die Frühgeschichte unseres Planeten werfen. Schon vor 4 bis 2.5 Milliarden Jahren könnten die Methanosarcinales in der methanreichen Atmosphäre der eisenhaltigen Urozeanen eine Blütezeit erlebt haben. Wenn wir mehr über deren Stoffwechsel lernen, kann das also auch die anhaltende Diskussion über den Eisenkreislauf auf der frühen Erde einen großen Schritt weiterbringen.

Die beiden Erstautoren Katharina Ettwig (Radboud Universität) und Baoli Zhu (Hemholtz Zentrum München) veröffentlichen ihre Studie jetzt in der Fachzeitschrift PNAS: Archaea catalyze iron-dependent anaerobic oxidation of methane, Katharina F. Ettwig, Baoli Zhu Daan R. Speth, Jan T. Keltjens, Mike S. M. Jetten, Boran Kartal, PNAS 2016, DOI: 10.1073/pnas.1609534113

Quelle: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie