Vom Bierbrauen bis zur Erzeugung von Medikamenten – Mikroorganismen spielen in der Industrie eine wichtige Rolle. Der Schimmelpilz Trichoderma reesei beispielsweise wird verwendet, um Enzyme für den industriellen Einsatz zu erzeugen. Doch auch wenn solche Mikroorganismen längst zum biotechnologischen Alltag gehören, ist man noch weit davon entfernt, ihr Verhalten vollständig zu verstehen.
Mit Unterstützung des BMWFW und des Industriepartners Novozymes wurde an der TU Wien nun ein Christian Doppler Labor (CD-Labor) eröffnet, in dem Pilze untersucht werden, die Kohlenhydrat-aktive Enzyme produzieren. Kohlenhydrat-aktive Enzyme spielen in vielen Industriezweigen eine wichtige Rolle. Insbesondere in solchen, die an klimaschonenden Formen der Energiegewinnung, wie der Aufbereitung von Stroh oder Sägemehl, arbeiten.
„Ein großes Problem für die Industrie ist die Stammdegeneration“, erklärt Dr. Astrid Mach-Aigner, die Leiterin des neuen CD-Labors. „In allen Bereichen der Biotechnologie beobachtet man, dass die Leistung industriell genutzter Mikroorganismen-Stämme ohne erkennbaren Grund abnimmt. Manchmal wird ein Stamm im Lauf der Zeit kontinuierlich schlechter, manchmal verliert ein Stamm aber auch ganz abrupt, mitten im Fermentationsprozess, seine gewünschten Eigenschaften, und der gesamte Produktionsschritt war umsonst.“
Man könnte meinen, dass es sich dabei um zufällige Mutationen handelt, doch die DNA-Sequenz der Pilze hat mit dieser Art von Stammdegeneration gar nichts zu tun. „Es handelt sich um epigenetische Effekte“, sagt Astrid Mach-Aigner. „Die Eigenschaften der Pilze werden nicht bloß von ihrer DNA festgelegt, es gibt eine Vielzahl von Prozessen, die darüber entscheiden, wie sich die Pilze verhalten.“ So können etwa bestimmte Proteine dafür sorgen, dass gewisse Abschnitte der DNA blockiert werden.
Die DNA ist manchmal dichter und manchmal lockerer gepackt – auch das beeinflusst das Ergebnis. Große Rätsel hält die RNA bereit: „Man kennt gewisse RNA-Abschnitte, die nicht wie gewöhnliche RNA als Bauplan für die Erzeugung von Proteinen dienen“, sagt Mach-Aigner. „Man spricht dann von nichtcodierender RNA.“ Trotzdem handelt es sich dabei keineswegs um bedeutungslosen genetischen Datenmüll. Es gibt Hinweise darauf, dass diese nichtcodierende RNA eine wichtige Bedeutung für die Aktivierung bestimmter Gene hat. Gerade die Abschnitte der RNA, die auf den ersten Blick keine wesentliche Funktion zu haben scheinen, könnten daher eine große Bedeutung für Produktivität der Pilze haben. Im neuen CD-Labor soll diesen Fragen nun gezielt nachgegangen werden.
