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Extremophile liefern neue Enzyme

Extremophile sind Organismen, die ihr Leben einer extremen Umwelt ­angepasst haben. Sie und ihre bioaktiven Komponenten werden künftig in den verschiedensten Industriezweigen eine entscheidende Rolle spielen.

von Alimenta Import

Mikroorganismen, die unter extremen Lebensbedingungen wie zum Beispiel heissen Quellen, Permafrost, Salzseen oder am Meeresboden gedeihen und sich ­weiter vermehren, sind aufgrund ihrer Zusam­­men­setzung für die verschiedensten Indus­trie­zweige von ausserordentlichem Interesse. ­«Enzyme, die unter einer Umgebungstem­peratur von 5–10???°C arbeiten, sind für
die ­Lebensmittelindustrie äusserst attraktiv», ­bestätigt Ion Petrescu vom Industrieunter­nehmen Lonza.

Asthaxanthin sorgt für Farbe im Fisch
Extremophile wachsen unter extremen Be­dingungen und haben ihre Zellkomponenten so angepasst, dass diese für eine biotechno­logische Anwendung interessant sind. David Macherel, Professor für Pflanzenphysiologie an der Universität in Angers, Frankreich, ­beschäftigt sich zurzeit hauptsächlich mit Schneealgen. Diese sind als der rote Staub auf dem Schnee bekannt. Rot deshalb, weil diese Algen den Farbstoff Astaxanthin enthalten, eine Substanz mit extrem hoher antioxidativer Wirkung. Astaxanthin wird aufgrund dieser Wirkung in der Kosmetik eingesetzt und – unter anderen – im Fischfutter, um Fischfleisch die beliebte rote Färbung zu verleihen.

Thermoresistenz als Sterilisationskontrolle
Jenny Blamey, Leiterin von Forschung und Entwicklung der Biociencia in Chile, sieht Entwicklungsmöglichkeiten bei Mikroorganismen, die bei extremer Hitze wachsen. Sie hat zusammen mit ihren Mitarbeitern die ­Ablagerungen in den Sterilisationsöfen untersucht und ist dabei auf Organismen gestossen, die diese extreme Hitze, Trockenheit und auch Strahlung überleben. Eigenschaften, welche mesophile Keime nicht aufweisen. Deshalb untersucht sie den Aufbau der Zellwand, der DNA bzw. der Proteine sowie der Enzyme, denn der Schutzmechanismus dieser Orga­nismen ist unbekannt. Ihre Kernaussage ist: «Wir haben bisher keine Möglichkeit ge­fun­den,diese Bakterien zu töten; ihre Resistenz
ist einmalig.» Sie möchte mit den besagten ­Bakterien, neben vielem anderen, ein Produkt entwickeln, mit dem die Sterilisation von ­Geräten kontrolliert werden kann.

Enzyme vereinfachen die Produktion
Hauptsächlich erforscht und bereits im Einsatz sind Enzyme aus Extremophilen. Enzyme sind Proteine, die biochemische Prozesse ­katalysieren. Je nach Enzym können somit in industriellen Prozessen Verarbeitungsschritte eingespart werden. Ein Beispiel ist die Produktion von Vitamin B2. Bei der traditionellen Synthese werden acht Schritte benötigt, mit dem enstprechenden Enzym konnte dieses Verfahren auf eine Einschrittfermentation ­reduziert werden. «Damit verringern sich die Kosten um 40% und auch der Einfluss auf
die Umwelt nimmt deutlich ab», sagt Fabian ­Fischer, Professor für Biotechnologie an der HES-SO in Sion.

Einsatz in der Lebensmittelindustrie
In der Nahrungsmittelindustrie sieht Fischer den Einsatz von Extremophilen unter anderen im Bereich Hygiene, Wasser, Abwasser oder Sterilisation. Ein weiterer Einsatzbereich seien Enzyme wie Amylasen oder Lipasen und nicht zu vergessen Healthness-Produkte mit zum Beispiel antioxidativen Karotenoiden.
Es gibt bereits Produkte, inbesondere ­Enzyme aus Extremophilen, die in der Produktion von Lebensmitteln eingesetzt werden. Ion Petrescu von Lonza erwähnt zum Beispiel die Lactase, welche bei einer Temperatur von unter 5 °C Laktose in der Milch abbaut. Damit ist es möglich, laktosefreie Produkte herzustellen, die nicht auf 20???°C erhitzt werden müssen, womit die Hygiene der Milch ge­währleistet ist.
Ebenfalls von Lonza wurde eine Xylanase als Backzusatz entwickelt, die von einem psychrophilen (kälteliebenden) Mikroorganismus stammt und somit ihre maximale Aktivität bei deutlich tieferer Temperatur entwickelt als normale Xylanase aus mesophilen Keimen.
Ein weiteres Beispiel ist das im Jahr 2000 entdeckte Enzym Xylitol-Dehydrogenase, das zur Herstellung eines diätetischen Süssungsmittels aus Zuckeralkoholen gebraucht wird. Das neue Süssungsmittel hat die gleiche Süsskraft wie Zucker und wird beim Backprozess sogar braun.

Vermarktung von Extremophilen

Der Einsatz extremophiler Organismen bzw. ihrer bioaktiver Komponenten ist vielfältig. Sie können zur Produktion von Biotreibstoff verwendet werden, der genauso kälteresistent ist wie Kerosen, oder in allen möglichen Industriezweigen. Es existieren bereits Firmen, wie zum Beispiel die Swissaustral Biotech SA, die sich auf die Anwendung dieser Organismen spezialisiert haben und beispielsweise das Screening extremophiler Keime auf spezifische Enzyme durchführen – ein Industriezweig der Zukunft.