Am 5. März 2025 veranstaltet der Fachbereich Biologie, Chemie und Pharmazie der Freien Universität Berlin die Dahlemer Wissenschaftsgespräche. Der Vortrag mit dem Titel „Umweltgifte und Arzneistoffe: Cyanobakterien in der Natur und im Labor“ wird von Prof. Dr. Timo Niedermeyer, dem Leiter der Arbeitsgruppe „Pharmazeutische Biologie“ des Instituts für Pharmazie der FU Berlin, gehalten. Die Veranstaltung beginnt um 18 Uhr im Forschungsbau SupraFAB, Altesteinstraße 23a, Berlin. Der Eintritt ist kostenlos und eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Die Fachvorträge finden alle zwei Monate am ersten Mittwoch des Monats statt und bieten Einblicke in aktuelle Forschungsthemen der Universität sowie größere naturwissenschaftliche Forschungsverbünde.
Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Cyanobakterien gelegt, die eine zentrale Rolle in der Forschung einnehmen. Diese Organismen sind die einzigen Prokaryoten, die oxygenische Photosynthese betreiben und dabei Lichtenergie sowie CO2 zur Produktion von Kohlenhydraten und Biomasse nutzen. Angesichts des steigenden Interesses an grüner Biotechnologie ist die Erforschung von Cyanobakterien von großer Bedeutung. Wissenschaftler arbeiten daran, die Prozesse, die die Photosynthese und den Metabolismus dieser Organismen steuern, besser zu verstehen. Ziel ist es, eine solide wissenschaftliche Basis für die Entwicklung photosynthesebasierter biotechnologischer Anwendungen zu schaffen, wie etwa die nachhaltige Wasserstoffproduktion, ein Nebenprodukt der Photosynthese einiger Cyanobakterien.
Herausforderungen in der Forschung
Trotz ihrer vielversprechenden Eigenschaften stehen Forscher jedoch vor Herausforderungen. Ein entscheidendes Problem ist die begrenzte Verfügbarkeit molekularer Werkzeuge für die Gentechnik. Der Mangel an leicht kontrollierbaren Promotoren zur Steuerung der Expressionsniveaus heterologer Gene erschwert die Anwendung von Cyanobakterien in der industriellen Biotechnologie.
Darüber hinaus hängt der Erfolg der großtechnologischen Anwendungen von Cyanobakterien von der Lichtverfügbarkeit und der Zelldichte ab. Hohe Zelldichten können die Fotosynthese und damit die Produktivität der Organismen beeinträchtigen. Im Vergleich dazu können etablierte Biokatalysatoren wie Hefen bei höheren Zelldichten verwendet werden, benötigen jedoch landwirtschaftliche Produkte als Wachstumsgrundlage. Cyanobakterien hingegen können aus Wasser und CO2 gewonnen werden, was sie zu einer umweltfreundlicheren Option macht.
Innovationen in der biotechnologischen Nutzung
Forschende der Technischen Universität Graz und der Ruhr-Universität Bochum haben festgestellt, dass eine Verbesserung der katalytischen Aktivität von Cyanobakterien für biotechnologische Anwendungen notwendig ist. Ihre Studien zeigen Fortschritte durch das gezielte Umschalten des fotosynthetischen Elektronenflusses sowie die zeitaufgelöste Messung der fotosynthetischen Energie in den Zellen. Ein Ansatz war, ein Gen im Cyanobakterien-Genom auszuschalten, das die Zellen vor fluktuierendem Licht schützt, um mehr Energie für die Zielen nutzen zu können.
Parallel dazu wird an der Entwicklung neuer Konzepte für den Algen-Kultivierungsprozess gearbeitet. Diese beinhalten den Einsatz von Mini-LEDs und neuen Geometrien wie abgekapselten Kügelchen (Beads). Interdisziplinäre Forschungsansätze sind notwendig, um alle Maßnahmen zur großindustriellen Anwendung von Cyanobakterien als Biokatalysatoren zu integrieren.
Die Forschung an Cyanobakterien wird weiterhin an der Schnittstelle von Grundlagen- und angewandter Forschung in Genetik und Mikrobiologie betrieben. Die Freie Universität Berlin mit ihren Dahlemer Wissenschaftsgesprächen setzt damit einen wichtigen Impuls für künftige Entwicklungen in der Biotechnologie und der nachhaltigen Nutzung von Organismen in der Industrie.
Für weitere Informationen zu den Dahlemer Wissenschaftsgesprächen kann die Frei Universität Berlin besucht werden, während tiefere Einblicke in die Ergebnisse der Forschung zu Cyanobakterien über die Seite des UFZ möglich sind. Aktuelle Studien zu diesem Thema wurden unter anderem von der Ruhr-Universität Bochum veröffentlicht.
