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Tilmann Harder: Biochemische Rasterfahndung im Meer

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Der Umweltbiochemiker Tilmann Harder ist Juniorprofessor an der Universität Oldenburg. Quelle: Harder

28.08.2006  - 

Ein Stoffgemisch chemisch auseinandernehmen, es Stück für Stück in seine Einzelteile zerlegen und analytisch genauestens bestimmen - damit hat sich Tilmann Harder schon immer am liebsten beschäftigt. Inzwischen ist der Chemiker ein Experte für biologisch aktive marine Naturstoffe und fahndet derzeit in Algen aus Helgoland nach Substanzen, die sich als Oberflächenschutz für Schiffsrümpfe oder Gebäudefassaden eignen. Damit, so hofft der Juniorprofessor an der Universität Oldenburg, könnten Anstriche auf natürlicher Basis entwickelt werden - als Alternative zu bisher angewandten chemischen Lösungen, die die Umwelt stark belasten.

Der Artenreichtum im Meer ist außerordentlich hoch und für Forscher wie Tilman Harder eine wahre Fundgrube. Während andere Kollegen dabei vor allem nach extremen Überlebenskünstlern suchen, hat es der Professor für Umweltbiochemie an der Universität Oldenburg (Institut für Chemie und Biologie des Meeres, ICBM) eher auf allgemeine Mechanismen der Lebensweise abgesehen und dabei insbesondere die Ansiedlungsstrategien von sessilen Lebewesen im Visier.

Mit sessil werden Organismen beschrieben, die sich einmal – meist in einem sehr frühen Lebensstadium – für einen Ort als Lebensplatz entscheiden müssen, weil sie ihn dann nicht mehr verlassen können. Für Harder ist diese Art von Sesshaftigkeit hoch interessant, weil er dadurch Strategien oder biochemische Substanzen entdecken will, die auch für den Menschen von Nutzen sein könnten. „Sessile Lebewesen müssen sich nicht nur schnell, sondern vor allem sicher und zielgerichtet entscheiden, ob ein Platz als Siedlungsort in Frage kommt“, erklärt der Wissenschaftler. Dabei nutzen die Mikroorganismen biochemische Stoffe und Signale, die sich aus der Sicht von Harder als universeller Oberflächenschutz nutzen lassen – etwa bei Schiffsrümpfen oder Gebäuden – oder auch für andere biotechnologische Anwendungen in Frage kommen.

Von den Biofilm-Mechanismen der Natur lernen

Auf allen Oberflächen, ob im Wasser oder nicht, spielen sich nämlich im Prinzip ähnliche Prozesse ab: Eine zunächst unbesiedelte Oberfläche wird innerhalb kürzester Zeit, Schicht für Schicht mit einem Biofilm überzogen. Es beginnt mit kleinsten Organismen wie Bakterien, dann folgen Algen oder Pilze, am Ende werden Larven angelockt, Muscheln und Seepocken setzen sich fest. Im Meer sorgt diese Biofilm-Bildung beispielsweise an Schiffsrümpfen für großes Ungemach: Die immer dicker werdende Schicht erhöht den Treibstoffverbrauch, weshalb die Schiffe regelmäßig ins Trockendock zur Reinigung gebracht werden müssen. Dies kostet jedoch viel Geld, weshalb Forscher seit Jahrzehnten nach Strategien suchen, diesem Problem Herr zu werden. Lange Zeit galt dabei Tributylzinn (TBT) als Nonplusultra in Schiffsanstrichen. Seit 2003 ist diese Chemikalie jedoch verboten, weil sie für die Meeresfauna und Flora giftig ist.

Statt nach immer wieder neuen, rein chemischen Lösungen zu suchen, die der Natur langfristig Schaden zufügen, wollen Umweltbiochemiker wie Tilmann Harder die Tricks der Natur anwenden. „Sessile Lebewesen haben über Jahrmillionen gelernt, ihre Ansiedlungstaktiken zu verfeinern und sich beispielsweise gegen fremde Bakterien oder Larven mit bestimmten Signalstoffen zu verteidigen“, erklärt Harder. Viele Algen halten sich aber auch selbst sauber und verhindern, dass sich Bakterien bei ihnen festsetzen. Dafür bilden sie auf ihrer Oberfläche auch einen Biofilm, der an Bakterien ganz bestimmte Botenstoffe aussendet, die wiederum eine Ansiedlung fremder Mikroorganismen verhindert.In einem seiner Forschungsprojekte verfolgt Harder nun eine eigentlich simple Idee: Er will diese Antifouling-Strategien und Substanzen aus Algen isolieren und wenn möglich, zu einem Biozid als umweltfreundlichen Schutz für Oberflächen entwickeln. „Da diese Antifouling-Mechanismen sowieso in der Natur vorkommen, können sich dagegen auch keine Resistenzen bilden“, ist sich Harder sicher.

Rotalgen aus Helgoland als Quelle für vielversprechende Substanzen

Seit Ende 2005 ist der Wissenschaftler gemeinsam mit Kollegen in einem von der Europäischen Union geförderten Projekt dabei, relevante Makroalgen als Quelle für biologische Reinigungsmechanismen zu überprüfen. Mit Hochdurchsatzverfahren werden dabei an die 50 verschiedene Rotalgen aus Helgoland auf ihre Fähigkeiten im Kampf gegen Bakterien und Pilze durchgetestet. „Wir suchen natürlich am ehesten nach solchen Kandidaten, deren Antifouling-Strategie möglichst breit einsetzbar ist – also nicht nur im Wasser an Schiffsrümpfen, sondern etwa auch als Korrosions- oder Gebäudeschutz“, erläutert Harder. Aus diesem Grund haben sich die Forscher Algen aus felsartiger Unterwasser-Umgebung wie in Helgoland als Ausgangsbasis ausgewählt. Kristallisieren sich bei der Rasterfahndung vielversprechende Substanzen heraus, müssen diese in ihre chemischen Einzelteile getrennt und analysiert werden. Im Anschluss wiederum heißt es, ihre tatsächliche Wirksamkeit in Anstrichen oder anderen Anwendungen zu testen. Noch dämpft der Wissenschaftler deshalb allzu vorschnelle Erwartungen: „Es ist wie die Suche nach der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen, noch sind wir ganz am Anfang unserer Arbeit.“

Harder konnte sich schon zu Beginn seines Studiums für die wirtschaftsnahe Forschung begeistern und hätte selbst nie gedacht, einmal als Professor in der Universität zu landen, in der er selbst einst begann. „Nach dem Abitur hätte ich auch gern Architektur studiert. In der Chemie habe ich mir dann aber bessere Jobchancen ausgerechnet. Von daher hatte ich mich von Anfang an eher in der Wirtschaft als in der Forschung gesehen“, erläutert der heute 40jährige. Die Entwicklung zum Biofilm-Experten kam auch für den Chemiker letztlich eher schleichend, denn zielgerichtet.

Hongkong lockte mit biochemischer Puzzlearbeit

Seine Doktorarbeit schrieb der Chemiker noch über Sexualpheromone mariner Organismen, erst auf einer Konferenz hörte er über ein Forschungsprojekt zu Antifouling-Substanzen in Hongkong. Dort wurde an der University of Science and Technology Ende der 90er Jahre ein Chemiker gesucht, der eine Vielzahl von biologischen Antifouling-Substanzen in ihre chemischen Einzelteile klassifizieren und analysieren sollte. Da Harder von solcher Puzzlearbeit schon während des Studiums immer begeistert war, schlug er sofort zu. „Ich fand es einfach spannend, soviele Informationen wie möglich aus Molekülen herauszuholen und an der Grenze zwischen Chemie und Biologie zu arbeiten“, sagt er. Die Ankunft in Hongkong schockte ihn jedoch zunächst: schwüle Hitze und dichte Bebauung überall. „Als ich vom Flughafen abgeholt wurde, wollte ich am liebsten gleich wieder zurück“, erinnert er sich. Doch der Deutsche hatte Glück: Sein Arbeitsplatz lag im Grünen und schnell hatte ihn das neue kulturelle Umfeld und die Arbeit gepackt.

In Hongkong nämlich ist die Biofilm-Bildung ein alltägliches Problem. Das überall genutzte Meerwasser lässt mit seinen Mikroorganismen Leitungen verstopfen und macht schleichend Klimanlagen kaputt. Die Forschung an Antifouling-Strategien hat somit oberste Priorität und Harder half mit, eine Vielzahl von marinen Substanzen auf ihre biochemischen Tricks zu durchleuchten. So arbeitete sich der Chemiker immer mehr in die Biologie von Gewässern hinein und aus dem ursprünglich vorgesehenen einem Jahr Honkong-Aufenthalt wurden letztlich sechs.

Erst als eine neue Stelle doch nicht mehr ausgeschrieben wurde, trat Harder im Jahr 2003 gemeinsam mit seiner australischen Frau – einer Medienspezialistin, die er in der Mensa in Hongkong kennenlernte - wieder den Rückzug nach Deutschland an. Die Umgewöhnung an hiesige Verhältnisse dauert noch immer etwas an. Nicht zuletzt, weil der Aufbau der Juniorprofessur mehr Nerven und Kraft kostet, als er gedacht hätte. Regeneration findet der Forscher derzeit vor allem bei seiner einjährigen Tochter. Sobald Harder sich nicht mit Biofilmen und Mikroorganismen beschäftigt, ist seine Aufmerksamkeit ganz auf sie gerichtet.

 

Forscherprofile

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Darunter auch Ulrike Lindequist von der Universität Greifswald, die ähnlich wie Tilmann Harder an natürlichen Wirkmechnismen mariner Substanzen forscht. Mehr

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