Chinesische Forscher entdecken Meeresbakterium, das CO₂ bindet und Schadstoffe frisst

Ein Bakterium, das Kohlendioxid bindet und zugleich Schadstoffe aus seiner Umgebung abbaut: Im Gelben Meer vor der Küste Chinas haben Wissenschaftler einen Mikroorganismus mit dieser ungewöhnlichen Kombination entdeckt. Er kann CO₂ in Biomasse umwandeln und sogar von Xylol leben, einem Kohlenwasserstoff, der unter anderem in Kraftstoffen und Lösungsmitteln steckt. Damit könnte das Meeresbakterium eines Tages helfen, verschmutzte Küstengewässer zu reinigen.

Der Fund gelang CAS-Wissenschaftlern mit einem neuen Verfahren, das die Suche nach solchen Mikroorganismen erheblich beschleunigt. Innerhalb von nur sieben Tagen isolierten sie sechs CO₂-bindende Bakterienstämme. Herkömmliche Verfahren benötigen dafür häufig mindestens 90 Tage. Besonders erstaunlich: Keiner der sechs Stämme war zuvor mit einer verbreiteten genetischen Nachweismethode erfasst worden. Über die Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in einer am 9. September 2026 veröffentlichten Studie im Fachjournal Bioresource Technology.

CO₂ bindende Bakterien lassen sich jetzt deutlich schneller aufspüren

Hinter dem Verfahren namens scRACS-Culture steckt eine Kombination aus Lasertechnik und der gezielten Sortierung einzelner Bakterienzellen. Die Wissenschaftler vom Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology und der Qingdao University of Science and Technology können damit Mikroorganismen anhand ihrer tatsächlichen Stoffwechselaktivität auswählen. Sie müssen nicht erst darauf warten, dass sich die Bakterien ausreichend vermehren.

Dazu versetzten sie Meerwasser mit Bicarbonat, das eine besondere Form des Kohlenstoffs enthielt: das stabile Isotop Kohlenstoff-13. Sobald Mikroorganismen diesen Kohlenstoff aufnahmen, veränderten sich die Eigenschaften bestimmter Farbstoffe in ihren Zellen. Ein Raman-Spektrometer machte diese Veränderungen mithilfe von Laserlicht messbar. Anschließend sortierte das System die aktiven Bakterien aus und ermöglichte ihre gezielte Vermehrung.

Seltene Meeresbakterien bleiben häufig unentdeckt

Herkömmliche genetische Untersuchungen erfassen zwar viele Mikroorganismen in einer Wasserprobe, übersehen aber mitunter Arten, die nur in sehr geringer Zahl vorkommen. Eine verbreitete Methode ist die Analyse des sogenannten 16S-rRNA-Gens. Anhand dieses charakteristischen Erbgutabschnitts lassen sich Bakterien identifizieren und bestimmten Gruppen zuordnen.

Die neue Technik arbeitet dagegen mit lebenden Einzelzellen. Sie erfasst unmittelbar, welche Mikroorganismen Kohlenstoff aufnehmen. Die sechs gewonnenen Bakterienstämme waren mit der üblichen genetischen Untersuchung nicht nachweisbar gewesen. Damit erschließt das Verfahren einen bislang schwer zugänglichen Teil der mikrobiellen Vielfalt im Meer.

Meeresbakterium nutzt Nitrit als Energiequelle

Besonders ungewöhnlich ist der Stoffwechsel des neu isolierten Stamms Paraburkholderia aromaticivorans FR-4. Er kann seinen Kohlenstoffbedarf auf unterschiedliche Weise decken. Stehen keine geeigneten organischen Kohlenstoffverbindungen zur Verfügung, nutzt er anorganischen Kohlenstoff aus CO₂ oder Bicarbonat. Die dafür benötigte Energie gewinnt er durch die Oxidation von Nitrit zu Nitrat.

Für den Aufbau seiner Zellsubstanz verwendet das Bakterium den sogenannten Calvin-Zyklus. Auch Pflanzen nutzen diesen biochemischen Prozess, um aus Kohlendioxid organische Verbindungen herzustellen. Während Pflanzen ihre Energie aus Sonnenlicht gewinnen, nutzt FR-4 eine chemische Reaktion. Damit kann der Mikroorganismus auch ohne Licht CO₂ fixieren.

Die wichtigsten Fähigkeiten von FR-4 im Überblick:

• CO₂-Fixierung: Das Bakterium baut anorganischen Kohlenstoff in seine Biomasse ein.
• Energie aus Nitrit: Es gewinnt Energie durch die Umwandlung von Nitrit zu Nitrat.
• Schadstoffabbau: Es kann Xylol als alleinige Kohlenstoffquelle zum Wachsen nutzen.
• Flexibler Stoffwechsel: Je nach verfügbaren Nährstoffen kann es zwischen unterschiedlichen Ernährungsweisen wechseln.

Bakterium kann sogar von einem Schadstoff leben

Xylol zählt zu den aromatischen Kohlenwasserstoffen. Die chemische Verbindung wird unter anderem als Lösungsmittel eingesetzt und ist Bestandteil verschiedener Kraftstoffgemische. Über industrielle Abwässer, Leckagen oder Ölverschmutzungen kann sie in Gewässer gelangen.

FR-4 verfügt über die genetische Ausstattung, um solche aromatischen Verbindungen abzubauen. Die Fähigkeit, Xylol als alleinige Kohlenstoffquelle zu nutzen, bestätigten die Wissenschaftler auch durch Untersuchungen des Stoffwechsels. Das Bakterium kann damit unter unterschiedlichen Umweltbedingungen wachsen.

„Dieser Stamm macht deutlich, dass die Grenze zwischen CO₂-fixierenden und schadstoffabbauenden Bakterien weniger eindeutig ist als bisher angenommen“, erklärt Professorin Xiaoyan Jing von der Qingdao University of Science and Technology laut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Seine Anpassungsfähigkeit könnte ihm helfen, in Küstengewässern mit schwankendem Nährstoffangebot zu überleben.

Ölverschmutzte Küsten könnten künftig profitieren

Gerade in Küstenregionen treffen unterschiedliche Umweltbelastungen aufeinander. Neben natürlichen organischen Stoffen gelangen dort auch Kohlenwasserstoffe aus Industrie, Schifffahrt und anderen menschlichen Aktivitäten ins Meer. Mikroorganismen, die solche Verbindungen verwerten können, kommen deshalb für biologische Reinigungsverfahren infrage.

Jing hält FR-4 für einen möglichen Kandidaten zur Sanierung ölbelasteter Meeresstandorte. Bislang wurde allerdings nur seine Fähigkeit zum Abbau bestimmter organischer Verbindungen unter kontrollierten Bedingungen nachgewiesen. Ob der Stamm auch im offenen Meer wirksam Schadstoffe beseitigen kann, ist ungeklärt. Ebenso fehlen Untersuchungen zu seiner Leistungsfähigkeit unter wechselnden Temperaturen, Salzgehalten und Nährstoffbedingungen.

Auch seine Bedeutung für das Klima lässt sich noch nicht beziffern. Zwar nimmt das Bakterium anorganischen Kohlenstoff auf und verarbeitet ihn zu Biomasse. Wie viel CO₂ es unter natürlichen Bedingungen tatsächlich fixiert und welcher Anteil dieses Kohlenstoffs langfristig gespeichert bleibt, ist noch nicht bekannt.

Neue Technik soll verborgene Bakterien aufspüren

Professor Jian Xu, der ebenfalls an der Untersuchung beteiligt war, erklärt den Vorteil des Verfahrens: „Indem wir die aktuelle Stoffwechselaktivität, die Genomsequenz und die physiologischen Eigenschaften in einem einzigen Arbeitsablauf miteinander verknüpfen, können wir seltene funktionell aktive Mikroorganismen isolieren, die herkömmliche metagenomische Untersuchungen häufig übersehen.“

Künftig wollen die chinesischen Wissenschaftler ihre Technik mit langfristigen Meeresbeobachtungsprogrammen verbinden. Dabei sollen weitere seltene CO₂-fixierende Bakterien erfasst und ihre Stoffwechselaktivitäten untersucht werden. Vor allem interessiert das Team, wie stark diese Mikroorganismen am Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf der Ozeane beteiligt sind.

Kurz zusammengefasst:

• Doppelte Fähigkeit: Chinesische Forscher haben ein Meeresbakterium entdeckt, das CO₂ in Biomasse einbaut und Schadstoffe wie Xylol abbauen kann.
• Schnellere Entdeckung: Mit einer neuen Lasermethode isolierten die Wissenschaftler sechs CO₂-bindende Bakterienstämme in nur sieben Tagen statt der sonst häufig benötigten 90 Tage.
• Möglicher Umweltnutzen: Das Bakterium könnte künftig bei der Reinigung verschmutzter Küstengewässer helfen, seine Wirksamkeit außerhalb des Labors ist jedoch noch nicht nachgewiesen.

Übrigens: Auch andere Mikroorganismen können dabei helfen, verschmutzte Meere zu reinigen. Wissenschaftler haben entdeckt, wie Bakterien und Algen Erdöl auf natürliche Weise abbauen können – mehr dazu in unserem Artikel.

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