Für verbesserte CO2-Aufnahme: Synthetischer Stoffwechselmechanismus identifiziert

In modernen landwirtschaftlichen Erzeugungssystemen kann Kohlendioxid bei  Anwendung von Düngemitteln und Beregnung tatsächlich der limitierende Faktor für den Ertrag sein.

Deshalb richtet die Grundlagenforschung immer wieder ihr Interesse auf die Verbesserung der Kohlenstofffixierung – dem Prozess, der dafür sorgt, dass der Luft-Kohlenstoff in die organischen Bestandteile der Pflanze eingebaut wird. Das ist die Grundlage für jede nachhaltige Nahrungsmittel- und Energiepflanzenerzeugung.

Frühere Versuche, die Rate der CO2-Fixierung von Enzymen innerhalb des natürlichen Photosynthese-Prozesses zu steigern, waren nur bedingt erfolgreich. Deshalb hat nun Ron Milo, Biophysiker am israelischen Weizmann Institut, nach effizienteren Wegen gesucht. Er ging dabei der Frage nach, ob völlig neuartige synthetische Zyklen erfunden werden könnten, um die Effizienz zu steigern.

Mit Hilfe von mathematischen Berechnungen fand das Forscherteam um Milo unter Verwendung des gesamten Repertoires von etwa 5 000 bekannten natürlichen Stoffwechsel-Enzymen einen Weg zur Kombination neuer Mechanismen. Die Studie zeigte, dass einige der gefundenen synthetischen Stoffwechselwege nachweisbare Vorteile gegenüber den natürlichen Prozessen aufweisen. Einer der gefundenen Zyklen erwies sich als zwei- bis dreimal effektiver als der natürliche „Calvin-Benson-Zyklus“, bei dem innerhalb der Photosynthese Kohlendioxid zu Glucose und Wasser reduziert wird.

Die Wissenschaftler versprechen sich von der möglichen Einschleusung eines solchen Stoffwechselprozesses große Chancen für die Ertragssteigerung bei Nutzpflanzen. Doch bei der Einschleusung dieser Prozesse in lebende Pflanzen würden einige Schwierigkeiten auftreten. Vergleichbar mit  einer Herztransplantation könnten die Nutzpflanzen fremde Zellen abstoßen oder Kollisionen mit den existierenden Stoffwechselzyklen innerhalb der Pflanzen auftreten. Möglicherweise könnte aber unter kontrollierten und optimierten Wachstumsbedingungen die natürliche Selektion nutzbar gemacht werden, um diese Hürden zu überwinden.