Ein Archaeon baut Fettsäuren allein zu Methan ab

Ein einzelner Mikroorganismus kann Fettsäuren vollständig zu Methan abbauen, ohne dass ihm Bakterien zuarbeiten. So berichtet ein Team um Yue Yi, Zuorong Cao, Kejia Wu und weitere Forschende in der Fachzeitschrift Nature. Sie isolierten dafür ein hitzeliebendes Archaeon aus einem chinesischen Erdöl-Reservoir und züchteten es in Reinkultur. Der Stamm AA-75 nutzt gesättigte Fettsäuren mit sieben bis 18 Kohlenstoffatomen sowie ungesättigte Varianten und bildet daraus Methan.

Archaeen sind einzellige Lebewesen, die weder zu den Bakterien noch zu den Pflanzen oder Tieren zählen. Viele von ihnen erzeugen Methan, sie heißen Methanogene. Bislang galt, dass solche Methanogene in der tiefen Biosphäre nur einfache Verbindungen mit einem oder zwei Kohlenstoffatomen verwerten. Komplexe organische Stoffe, so die gängige Lehrmeinung, bauen zunächst Bakterien ab, an die sich Methanogene als Endverwerter anschließen. Die neue Arbeit legt nahe, dass dieses Bild für zumindest einen Stamm nicht zutrifft.

Ein Stamm aus dem Erdöl-Reservoir

Der Fund stammt aus einer Erdöllagerstätte in China. Der Stamm gehört zur Gruppe der Archaeoglobi und bekam den Namen Methanoglobus dolicholipophagus AA-75. Dass Archaeen-Linien komplexe Substrate methanogen abbauen können, deuteten Energieberechnungen, Erbgutanalysen und Anreicherungsversuche bereits an. Was fehlte, war der Nachweis an einer Reinkultur.

Der Stamm ist wählerisch und zugleich vielseitig. Methanol wandelt er in Methan, Kohlendioxid und Acetat um, also in das Salz der Essigsäure. Dazu kommen ungesättigte Fettsäuren mit 16 beziehungsweise 18 Kohlenstoffatomen, darunter C16:1, C18:1 und C18:2. Die Forschenden nennen diesen Weg lipotrophe Methanogenese, also Methanbildung aus Fetten.

So arbeitet der Stoffwechsel

Für die Rekonstruktion des Stoffwechsels wurden Wachstumsversuche mit Erbgut- und Transkriptomdaten kombiniert. Demnach verbindet der Stamm mehrere Stoffwechselwege, die man sonst getrennt in verschiedenen Organismen findet. Zunächst werden die Fettsäuren in der sogenannten Beta-Oxidation Stück für Stück gekürzt. Dann folgt der Wood-Ljungdahl-Weg, in dem Kohlenstoffeinheiten auf Trägermoleküle übertragen und weiterverarbeitet werden. Am Ende stehen zwei Enzymkomplexe, die für die Methanbildung typisch sind: eine Methyltransferase und die Methyl-Coenzym-M-Reduktase.

Zusätzlich nutzt der Stamm ein System, das Elektronen innerhalb der Zelle weiterreicht. Der Stamm erledigt in Reinkultur, wofür bisher zwei Partner nötig schienen. Ein Zweig über Formaldehyd und Methanol dient wahrscheinlich als Hilfsweg für den Umgang mit Ein-Kohlenstoff-Bausteinen während der Methanbildung.

Ergebnisse: ein ungewöhnlicher Isotopen-Fingerabdruck

Ein weiterer Befund betrifft das entstehende Methan. Methan, das aus der Fettsäure Stearat entsteht, ist leicht mit dem schweren Kohlenstoffisotop 13C angereichert. Gemessen wurden Werte von minus 40,0 bis minus 36,3 Promille. Die gängigen Wege der Methanbildung erzeugen dagegen ein Methan, das stark an 13C verarmt ist. Der Isotopen-Fingerabdruck unterscheidet den neuen Weg also von den klassischen.

Die Forschenden folgern, dass Methanogene komplexe organische Stoffe als erste Glieder der Kette abbauen können. Das stellt das klassische Modell der Zusammenarbeit in Frage und macht eine Überarbeitung gängiger Modelle des Kohlenstoffkreislaufs in der tiefen Biosphäre nötig.

Wie sich der Kohlenstoff auf die Produkte verteilt, ließ sich nicht genau festlegen. Die Acetatbildung variierte zwischen den Ansätzen und ließ sich deshalb nicht streng in eine feste Bilanz fassen. Für die Verteilung des Kohlenstoffs auf Methan, Kohlendioxid und Acetat führten die Forschenden darum eine Variable ein.

Einordnung

Die Arbeit passt zu einer Reihe von Hinweisen, dass Archaeen Stoffe abbauen, die man lange Bakterien vorbehalten glaubte. Eine Studie in Nature von 2022 beschrieb den Abbau von Kohlenwasserstoffen durch eine einzelne Archaeen-Art ohne bakterielle Partner. 2016 berichtete ein Team in Science über Methanbildung aus Kohle durch einen einzelnen Methanogenen.

Auch aus den Archaeoglobi lagen schon Vorarbeiten vor. Erbgut- und Transkriptomdaten hatten früher Hinweise auf einen Methanstoffwechsel in dieser Gruppe geliefert. Außerdem wurden nicht klassische Methanbildner in geothermischen Quellen gefunden.

Besonders eng verwandt ist ein zweiter Bericht im Fachblatt Nature Microbiology. Ein Team um Tiantian Yu und Fengping Wang reicherte dort ein Archaeon derselben Klasse aus Heißquellen-Sedimenten in Tengchong, China, an. Es soll langkettige Fettsäuren direkt zu Methan umsetzen, wofür die Forschenden den Begriff Liparotrophie vorschlagen. Die Gruppe nutzte Anreicherungen, Isotopenmarkierung, Metagenomik und Metatranskriptomik, kam also über einen anderen Weg zu einem ähnlichen Schluss. Die Nature-Studie zitiert diese Arbeit. Anders als die Reinkultur aus dem Erdöl-Reservoir handelt es sich dort um eine Anreicherung.

Ein drittes Muster zeigte sich 2024 in Nature Communications. Dort bauten Archaeen langkettige Alkane in Zusammenarbeit mit methanbildenden Archaeen ab, also ohne Bakterien, aber weiterhin in einer Partnerschaft.

Wie belastbar ist das?

• Es handelt sich um eine in Nature veröffentlichte Laborstudie an einem einzelnen Mikrobenstamm.
• Der Stamm wuchs in Reinkultur. Je nach Versuch liefen zwei bis elf unabhängige Ansätze.
• Die Ergebnisse stammen aus Kulturen im Labor, nicht aus Messungen im Erdöl-Reservoir selbst.
• Gefördert wurde die Arbeit unter anderem von der National Natural Science Foundation of China und weiteren chinesischen Programmen.
• Das Modell des Stoffwechsels stützt sich teils auf Erbgutdaten und Aktivitätsmessungen; ein Hilfsweg über Formaldehyd und Methanol gilt nur als wahrscheinlich.
• Die Studie zeigt nicht, wie häufig dieser Weg in der tiefen Biosphäre ist und welchen Anteil er am globalen Methanumsatz hat.

Offene Fragen

Offen ist, wie verbreitet ein solcher Stoffwechsel in Tiefenlebensräumen ist und ob andere Archaeoglobi dasselbe können. Das Team hält eine Verfeinerung der Kohlenstoffkreislauf-Modelle für nötig.

Ebenso unklar ist, wie sich dieser Weg zu den teilweise kooperativen Formen verhält, die in verwandten Studien beschrieben sind. Wie viel Methan der Stamm unter den Bedingungen im Reservoir tatsächlich bildet, ist ebenfalls nicht bekannt.

Weitere Quellen

• Evidence of direct methane production from long-chain fatty acids by thermophilic Archaeoglobi (nature.com). Quelle, abgerufen am 24.10.2026
• Thermophilic Hadarchaeota grow on long-chain alkanes in syntrophy with methanogens (nature.com). Quelle, abgerufen am 24.10.2026

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