Ihm verdanken Sie alle Süßigkeiten und Weine, die Sie am Neujahrstag essen können.

Obwohl die Menschheit bereits seit Tausenden von Jahren Wein herstellt, blickt die Erforschung der biologischen Prinzipien der Weinherstellung und damit verbundener Theorien, wie etwa der Gärung, erst auf eine zweihundertjährige Geschichte zurück.

Ursprünglich glaubten westliche Wissenschaftler, dass Gärung nur in lebenden Zellen stattfinden könne und dass es sich lediglich um ein mikroskopisches Lebensphänomen handele. Der Sohn eines Bauern entdeckte jedoch nach sorgfältiger Forschung, dass die Gärung auch ohne lebende Zellen ablaufen kann.

Seine Forschungen förderten die Entwicklung der Fermentationsphysiologie, der Enzymchemie und der Mikrobiologie, wofür er mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurde.

Bauernsohn und berühmter Lehrer

An einem Wintertag im Jahr 1893 erhielt Adolf von Bayer, Professor für Chemie an der Universität München, einen Bericht von seinem Assistenten im Labor. Der Assistent sagte in dem Bericht, dass er die Fermentation seit vielen Jahren erforscht habe, aber keine Durchbrüche erzielt habe. Bald darauf fand er ein anderes Labor, um die Enzymforschung fortzusetzen und in die Fußstapfen seines Vorgängers Pasteur zu treten. Seine Unterstützung für Professor Bayer werde reduziert und er hoffe auf das Verständnis des Professors. Der aufgeklärte Bayer unterschrieb den Bericht ohne lange nachzudenken und bat jemanden, ihn schnellstmöglich an die Gegenpartei weiterzuleiten. Er kannte diesen fleißigen Schüler und Assistenten gut.

Von Bayer, Gewinner des Nobelpreises für Chemie 1904 (Quelle: Chemistry Bimonthly)

Der Student und Assistent hieß Edward Buechner und stammte aus einer Bauernfamilie. Die Landwirtschaft war damals in Deutschland relativ entwickelt, der kleine Bichner musste kaum Not leiden und erhielt eine gute Grundausbildung. Da der kleine Bichina der Beste in seiner Klasse war, war sein aufgeschlossener Vater eher bereit, die Schulbildung seines Sohnes zu unterstützen.

Im Jahr 1884 wurde der 24-jährige Büchner an der Universität München zugelassen, wo er bei Professor Baeyer studierte, der umfangreiche Forschungen zu organischen Farbstoffen und aromatischen Verbindungen durchführte. Später studierte er an der Universität Nürnberg beim Chemiker Professor Emil Fischer und veröffentlichte eine Arbeit mit dem Titel „Der Einfluss von Sauerstoff auf die Gärung“. Der Grund für das Verfassen dieser Abhandlung lag darin, dass die „Fermentation“ damals in der chemischen Welt eine neue Entwicklung darstellte und viele Forscher sich damit beschäftigten. Unerwarteterweise widmete er sich viele Jahre lang dem Studium dieser Sache und hatte dadurch Erfolg.

Nach seiner Promotion an der Universität München wurde Büchner von der Schule als Assistent von Professor Beyer ernannt, um den Lehrer bei der theoretischen chemischen Forschung, chemischen Experimenten und anderen Arbeiten zu unterstützen. Buechner arbeitet fleißig und bietet gelegentlich seine eigenen originellen Erkenntnisse. Jeder Lehrer mag fleißige, gehorsame und ideenreiche Schüler, und Professor Beyer bildet da keine Ausnahme. Als Buechner ihn bat, Enzyme zu untersuchen, sagte er ohne zu zögern zu.

Tatsächlich hatte Bayer eine andere Idee. Er hoffte, dass der junge Bichner die schwierige Aufgabe des Enzyms übernehmen würde. Denn obwohl damals viele Leute daran forschten, hatte niemand bahnbrechende Fortschritte erzielt.

Konzentrieren Sie sich auf die Forschung, um die Fesseln zu sprengen

Genauer gesagt hatten westliche Wissenschaftler vor Buchner die Theorie der Fermentation bereits mehr als ein halbes Jahrhundert lang studiert. Im Jahr 1836 entdeckte der deutsche Zoologe Schwann, dass es in den menschlichen Magendrüsen eine Substanz gibt, die Nahrung zerlegen kann. Durch Experimente extrahierte er die Substanz, die später Protease genannt wurde. Dies war das erste Mal, dass Menschen Enzyme aus Tieren extrahierten. Westliche Wissenschaftler haben sich dem Enzymforschungsteam angeschlossen. Von den Forschungsthemen hat die Hefe, die für die Brot- und Alkoholgärung verantwortlich ist, die meiste Aufmerksamkeit erhalten.

Präbiotisches Enzym, eine Art Enzym (Quelle: Health Science Network)

Zwanzig Jahre später, im Jahr 1857, entdeckte der französische Wissenschaftler Pasteur in einem Experiment, dass Hefe Saccharose in Kohlendioxid und Alkohol umwandeln kann. Er nannte diese Substanz mit katalytischen Fähigkeiten Enzym. Bei seinen Experimenten stellte er fest, dass Enzyme ihre katalytische Fähigkeit verloren, wenn sie zerstört wurden. Daher kam er zu dem Schluss, dass Enzyme in lebenden Zellen nur eine biologische Rolle spielen können. Er wies außerdem darauf hin, dass der Stoffwechsel ein einzigartiges Phänomen des Lebens sei und nur in lebenden Zellen vollständig ablaufen könne. Dies war damals die berühmte „Vitalismus-Theorie“.

Pasteur war zu seiner Zeit eine wissenschaftliche Autorität, daher widersprachen seinen Argumenten natürlich nur wenige Menschen. Buechner war der Meinung, er solle sich beruhigen und Pasteurs Experimente studieren, damit er ein Mitspracherecht habe.

Pasteur, der Vater der Mikrobiologie, der die „Vitalitätstheorie“ vorschlug (Quelle: Biological Science Network)

Er führte ein Experiment nach dem anderen mit Enzymen durch, machte jedoch keine neuen Entdeckungen. Bei einem Treffen mit alten Freunden sagte ein Geschäftsmann, dass die konzentrierte Saccharoselösung, die er braute, immer schlecht werde, was ihm Kopfschmerzen bereite. Er fragte Buechner, ob es eine wissenschaftliche Möglichkeit gäbe, dieses Problem zu lösen.

Buechner war bereit, es zu versuchen. Nach seiner Rückkehr ins Labor verwendete er zunächst physikalische Methoden zur Herstellung von Hefeextrakt und stellte fest, dass dieser Extrakt eine beschleunigte Fermentation von Saccharose bewirkte. Das brachte ihn zum Lachen und zum Weinen: Sind Fermentation und Verderb von Saccharose nicht fast dasselbe? Wäre mein Experiment dann nicht vergeblich gewesen?

Kurz nachdem Buechner geseufzt hatte, entdeckte er plötzlich ein Problem: Der maschinell hergestellte Hefeextrakt enthielt keine lebenden Zellen. Was also ließ die Saccharose gären? Kann das auch an der Hefe liegen? Widerspricht dies nicht Pasteurs „Theorie der Lebenskräfte“?

Die neue Entdeckung hat Buechner äußerst aufgeregt. Um seine Idee zu beweisen, stellte er zunächst eine Lösung mit lebenden Hefezellen her und tötete dann die lebenden Hefezellen mit Ethanol und Aceton ab, um eine neue Lösung zu erhalten. Er injizierte die neue Lösung in Saccharose und die Saccharose fermentierte ebenfalls schnell. Auch nach mehreren Experimenten blieben Buechners Ergebnisse konsistent.

Im Winter 1897, vier Jahre nachdem er Professor Bayer eine unabhängige Enzymforschung vorgeschlagen hatte, veröffentlichte Buchner eine Arbeit mit dem Titel „Zellfreie Fermentation“. In diesem Artikel beschrieb er detailliert seine Experimente zur Saccharosefermentation, bezeichnete Substanzen, die denen ähneln, die die Saccharosefermentation katalysieren, als „Fermentation“ und wies darauf hin, dass „Fermentation kein Lebensphänomen ist und die „Vitalitätstheorie“ fragwürdig ist. Bislang ist die „Vitalitätstheorie“ wissenschaftlich unhaltbar geworden.

Schematische Darstellung der zellfreien Fermentation (Quelle: Bioscience Network)

Fakten sagen mehr als Worte. Der Artikel „Zellfreie Fermentation“ sorgte in der wissenschaftlichen Gemeinschaft schnell für Aufsehen. An diesem Punkt haben Wissenschaftler eine neue Richtung in der Untersuchung von Enzymen und Fermentation eingeschlagen: die zellfreie Fermentation. Buchners Entdeckung sprengte nicht nur die Fesseln des „Vitalismus“, sondern legte auch den Grundstein für fortgeschrittene theoretische Forschungen wie die Glykolyse. Viele Menschen glauben sogar, dass die Theorie der zellfreien Fermentation das Studium der Natur von Enzymen vorangetrieben, die Tür zur Enzymchemieforschung geöffnet und ein neues Kapitel in der mikrobiellen biochemischen Forschung aufgeschlagen hat.

Der größte Beitrag der Theorie der zellfreien Fermentation ist die Zuckerproduktion und Weinherstellung. Man kann sagen, dass die Tatsache, dass wir heute alle Arten von Zucker essen und alle Arten von Wein trinken können, dem Beitrag von Bichna zu verdanken ist.

Für seine herausragenden Forschungen zur Theorie der zellfreien Fermentation erhielt Buchner 1907 den Nobelpreis für Chemie. Seitdem haben viele Wissenschaftler, die sich mit der Enzymchemie beschäftigen, den Nobelpreis für Chemie erhalten. Der Sohn eines deutschen Bauern bewies der Welt mit seinem Handeln endgültig, was Mao Yisheng sagte: „Für diejenigen, die sich mit Wissenschaft beschäftigen, ist Fleiß die Mutter des Erfolgs.“

Büchners Nobelpreisfotos und Erfolge (Quelle: Biological Science Network)

ENDE

Tadpole Musical Notation Originalartikel, bitte geben Sie beim Nachdruck die Quelle an

Herausgeber/Herz und Papier

Originaltitel: „Jetzt können Sie alle Arten von Süßigkeiten essen und alle Arten von Wein trinken, alles dank ihm.“