Mit den Methoden der Metagenomik haben Forscher jetzt die biochemischen Abläufe im Kuhmagen untersucht. Dabei entdeckten sie 22 bisher unbekannte Enzyme - Biomoleküle, die gezielt bestimmte chemische Reaktionen auslösen und etwa für den Abbau von Pflanzenfasern wichtig sind. Einige dieser Enzyme, die von Mikroorganismen produziert werden, könnten für industrielle Verfahren genutzt und etwa in der Futtermittelproduktion oder der Medikamentenentwicklung eingesetzt werden.
Im Pansen beherbergen Wiederkäuer eine große Zahl verschiedenartiger Bakterien und Pilze. Deren Aufgabe ist es vor allem, lange, schwer verdauliche Pflanzenfasern zu zersetzen, was die Tiere ohne die Hilfe von Mikroorganismen nicht könnten. Welche Bakterien hier genau am Werke sind, ist allerdings nur zu einem kleinen Teil bekannt. Der Grund: Die meisten der Kleinstlebewesen im Kuhmagen lassen sich nicht im Labor züchten und folglich auch nicht studieren. Als Lebensraum ist der Pansen der Kuh ähnlich schwer zu untersuchen wie der Meeresboden.
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<small> Elektronenmikroskop-Aufnahme einer abgebrochenen Pflanzenfaser. Die Bruchstelle wimmelt von Pansenbakterien, die als kleine Knöllchen zu erkennen sind. Die Bakterien bauen das Pflanzenfaser-Material ab, so dass die Kuh dessen Nährstoffe verwerten kann. Foto: GBF </small>
Seit die Forschung über gentechnische Methoden verfügt, kann sie jedoch zumindest die Erbinformation der Mikroorganismen näher unter die Lupe nehmen. Als <b><u>Metagenomik</u></b> bezeichnet man dabei das Vorgehen, die gesamte Erbsubstanz, die man in einer Probe aus einem bestimmten Lebensraum findet, zu isolieren. Die DNA, die man dabei erhält, stammt von den unterschiedlichsten Organismen, bekannten wie unbekannten. Diese gesammelte Erbsubstanz wird in Fragmente zerlegt, die man in "gezähmte" Bakterien einschleust und von diesen ablesen lässt. Biochemische Testverfahren geben dann Aufschluss darüber, welche Gene auf den betreffenden DNA-Schnipseln liegen und was sie bewirken.
So verfuhren die Forscher mit einer Probe, die sie dem Pansen einer Milchkuh entnommen hatten. Unter dem DNA-Material aus Dutzenden teilweise noch unbekannten Bakterien fanden sie dabei auch Gene für einige neue Enzyme, mit denen die Kleinstorganismen Pflanzenfasern auflösen können.
Enzyme steuern Reaktionen sehr spezifisch und mit wenigen Nebenwirkungen. Manche von ihnen lassen sich deshalb gezielt für chemische Verfahren einsetzen. Die neu gefundenen Enzyme aus dem Pansen könnten möglicherweise genutzt werden, um Pflanzen besser in Rohmaterial für industrielle Prozesse umzuwandeln.
Die Forschungen wurden ausgeführt von der <a href=http://www.gbf.de>GBF</a>, der TU Braunschweig, dem Institute of Catalysis in Madrid und der neuseeländischen ViaLactia Biosciences.Metagenomik im Kuh-Pansen
