In einer bedeutenden Veränderung des biologischen Verständnisses haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Archaeen, die dritte Form des Lebens, Wasserstoff statt Sauerstoff zur Energiegewinnung nutzen, berichtet ScienceAlert.

Die Forscher entdeckten neun Archaeen, eine Domäne von Einzellern, die sich durch das Fehlen interner membrangebundener Strukturen auszeichnen und mit ultraminimalen Enzymen Wasserstoffgas produzieren.

Der Mensch hat erst vor kurzem damit begonnen, über die Nutzung von Wasserstoff als Energiequelle nachzudenken, aber Archaeen tun dies bereits seit einer Milliarde Jahren

Pok Man Leung

Als reichlich vorhandenes Universumselement findet Wasserstoff in verschiedenen Branchen Anwendung. Sein technologisches Potenzial liegt jedoch in der Energiespeicherung und der Stahlproduktion, die durch die Umwandlung erneuerbarer Energien, wie z.B. die Nutzung von Wasser zur Erzeugung von Wasserstoffgas, emissionsfreie Prozesse versprechen.

Das Team suchte nach den Genen, die für schnell wirkende [FeFe]-Hydrogenasen in über 2.300 archaeischen Spezies-Clustern kodieren, und verwendete AlphaFold2, um deren Strukturen vorherzusagen. Anschließend exprimierten sie diese Enzyme in E.coli-Bakterien und bestätigten, dass sie funktionsfähig sind und Hydrogenasen produzieren, die in der Lage sind, Wasserstoffreaktionen in dem Ersatzwirt zu katalysieren.

“Unsere Ergebnisse bringen uns einen Schritt näher an das Verständnis, wie dieser entscheidende Prozess zur Entstehung aller Eukaryoten, einschließlich des Menschen, geführt hat”, erklärte Pok Man Leung, ein Mikrobiologe von der Monash University in Australien, der die Studie mit geleitet hat.

Die Ergebnisse geben Aufschluss über neuartige metabolische Anpassungen in Archaeen, effiziente Wasserstoffkatalysatoren mit potenziellen biotechnologischen Anwendungen und eine komplexe evolutionäre Beziehung zwischen den beiden primären wasserstoffverarbeitenden Enzymen.

Die Forscher schlagen vor, dass weitere Untersuchungen des Wasserstoffstoffwechsels in Archaeen zur Entdeckung neuer Wege der Energiegewinnung und zur Erweiterung des Verständnisses dieses faszinierenden Lebensbereichs führen könnten.

Wasserstoffproduzierende Enzyme in Archaeen

Die Forscher identifizierten in neun archaeischen Phyla Hydrogenasen, die für die Erzeugung von Wasserstoffgas entscheidend sind. Diese Enzyme spielen eine wichtige Rolle im Wasserstoffstoffwechsel und haben sich so entwickelt, dass sie effizienter sind als die Enzyme in anderen Lebensformen.

[FeFe]-Hydrogenasen sind schneller aktiv und kommen vorwiegend in Archaeen vor. Die Forscher stellen die Hypothese auf, dass dieser einzigartige Ansatz des Wasserstoffstoffwechsels evolutionäre Auswirkungen und potenzielle Anwendungen in der Biotechnologie haben könnte.

Die weitere Erforschung des Wasserstoffstoffwechsels von Archaeen könnte neue Entdeckungen bringen, da viele der katalogisierten Archaeen-Genome noch unvollständig sind. Die Ergebnisse des Teams unterstreichen die Bedeutung der Untersuchung extremer Umgebungen, um die Vielfalt und Anpassungsfähigkeit des Lebens auf der Erde besser zu verstehen.