Viele Algen binden Kohlendioxid effizienter als Landpflanzen, indem sie das klimaschädliche Gas in einem sogenannten Mikrokompartiment, einer Struktur aus Proteinen, konzentrieren. Das wichtigste Protein in diesem Prozess ist Rubisco, das Kohlendioxid bindet. Bis vor kurzem war aber nicht bekannt, wie das Mikrokompartiment aufgebaut ist.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat nun herausgefunden, wie die als Pyrenoid bezeichnete Struktur beschaffen ist. Ein erster Durchbruch gelang dem Team von Martin Jonikas, Leiter der Arbeitsgruppen in Carnegie/Stanford und Princeton. Sie identifizierten ein Linkerprotein in der Grünalge Chlamydomonas, das Rubisco-Enzyme innerhalb des Pyrenoids aneinanderbindet. Ohne diesen molekularen Klebstoff kommt es nicht zur Entstehung des Pyrenoids.

Bisher war jedoch nicht bekannt, wie die Rubisco-Proteine in dem Pyrenoid organisiert sind. Lange dachten die Forscher, dass es sich dabei um einen Festkörperkristall handeln könnte. Um dieser Frage nachzugehen, untersuchten Wissenschaftler um Benjamin Engel am Max-Planck-Institut für Biochemie in Planegg bei München die molekulare Organisation des Pyrenoids in Chlamydomonas-Zellen mittels Kryoelektronentomographie.

Mit Hilfe dieses hochauflösenden Bildgebungsverfahrens konnten Engel und seine Kollegen genau messen, an welchen Positionen in dem Pyrenoid sich die vielen Tausenden von Rubisco-Enzymen befinden. Sie stellten fest, dass das Pyrenoid keine kristalline Struktur hat: „Vergleicht man unsere Messungen mit der Organisation von Molekülen in Flüssigkeiten finden sich deutliche Ähnlichkeiten. Das deutet darauf hin, dass Pyrenoide in Wirklichkeit flüssigkeitsartige Strukturen sind“, erklärt Engel das Ergebnis.

Sie verhalten sich ähnlich wie Tropfen Essig in Öl, sind also von der Zellumgebung umspült, vermischen sich aber nicht. In Zukunft könnte man mit diesem Wissen Pflanzen so verändern, dass sie der Atmosphäre mehr Kohlendioxid entziehen und schneller wachsen.

In einem sehenswerten Musikvideo klären die Forscher über das große Potential der Pyrenoide auf.