Extreme Lebensbedingungen

Extremophile Mikroorganismen

Extremophile Mikroorganismen leben in den unwirtlichsten und ursprünglichsten Milieus der Erde. Wo andere Organismen nicht existieren können, sind sie zu finden: in der Tiefsee bei Drücken von mehreren 100 bar, in heißen vulkanischen Quellen bei über 100°C, in kalten Regionen bei Temperaturen um den Gefrierpunkt; in Salzseen (bis zu 30% Salzkonzentration) ebenso wie in Umgebungen mit extremen pH-Werten (pH < 2, > 9).

Die Zellkomponenten (Enzyme, Membranen) von Extremophilen sind optimal an die extremen Umweltbedingungen angepasst und haben Eigenschaften (Stabilität, Spezifität und Aktivität), die sie für eine biotechnologische Anwendung interessant machen. Für zahlreiche industrielle Verfahren werden spezielle Biokatalysatoren benötigt, die sich neben einer hohen Spezifität auch durch eine ausgeprägte Stabilität unter extremen Bedingungen auszeichnen.

Biotechnologische Anwendung

Für die Anwendung extremophiler Mikroorganismen in der Biotechnologie kommen entweder die Organismen selbst oder die von ihnen produzierten Enzyme und Zellkomponenten zum Einsatz. Die Applikation von Enzymen aus extremophilen Mikroorganismen kann die verschiedensten industriellen Bereiche, wie z.B. die Waschmittel-, die Lebensmittel-, die Textil-, die Papier- und die pharmazeutische Industrie umfassen.

Hierbei haben biotechnologische Verfahren gegenüber traditionellen Methoden den Vorteil, dass sie in der Regel weniger Prozessschritte benötigen und umweltgerechter sind, indem sie beispielsweise die Salzfracht (im Falle der Aminosäureproduktion) oder den Einsatz aggressiver Substanzen (Chlor in der Papierbleiche) zu reduzieren helfen.

Ein weiterer Vorteil, der für den Einsatz von Enzymen spricht, ist deren hohe Stereospezifität im Vergleich zu chemischen Umsetzungen, bei denen häufig eine aufwendige und kostenintensive Racemattrennung erfolgen muss.

Die Enzyme extremophiler Mikroorganismen zeichnen sich darüber hinaus durch eine hohe Stabilität gegenüber Chelatbildnern, Detergenzien und denaturierenden Reagenzien aus, die in einer Vielzahl von industriellen Verfahren und Produkten zum Einsatz kommen. Gerade im integrierten Umweltschutz können extremophile Mikroorganismen eingesetzt werden, um sogenannte end-of-pipe Maßnahmen überflüssig zu machen.

In der Weißen Biotechnologie (auch industrielle Biotechnologie genannt) werden Biokatalysatoren aus extremophilen Mikroorganismen in Zukunft eine wichtige Rolle spielen und nachhaltige Innovationen ermöglichen.