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Elektromikrobiologie: Mikrobenanhängsel entfernen giftiges Uran aus Wasser

Bakterium sammelt Uran
In kontaminiertem Grundwasser können Bakterien der Gattung Geobacter eine lösliche Form von Uran in eine weniger lösliche Form umwandeln, die sich einfacher aus der Umwelt entfernen lässt. Wie genau sie das anstellen, war bisher jedoch unklar. Gemma Reguera von der Michigan State University in East Lansing und ihre Kollegen zeigen nun, dass die haarähnlichen Anhängsel der Mikroben dafür verantwortlich sind.

Einige Bakterien, einschließlich einer Art namens Geobacter sulfurreducens, gewinnen ihre Energie, indem sie Elektronen, die während des Zellstoffwechsels frei werden, auf Metallatome – etwa Eisen – in ihrer Nähe übertragen. Auf diese Weise ließe sich auch in Wasser gelöstes Uran reduzieren und ein Ausbreiten der Kontamination eindämmen, berichten die Wissenschaftler um Reguera. In ihrem Labor züchteten sie die Bakterien bei verschiedenen Temperaturen, wodurch das Wachstum der haarähnlichen und leitfähigen Fäden, der so genannten Pili, entweder unterbunden oder aber gefördert wurde.

Bakterium sammelt Uran | Haarähnliche Zellanhängsel (hier gelb dargestellt) ermöglichen es dem Bakterium Geobacter (orange) Uran aus kontaminiertem Wasser zu entfernen: Die Organismen reduzieren das Metall und wandeln es so in eine weniger lösliche Form um, die aus der Flüssigkeit abgeschieden wird (schwarz).
Anschließend setzten die Forscher die Bakterien in eine Lösung aus Wasser und Uran. "Behaarte" Geobacter entfernen demnach wesentlich mehr Uran aus dem Wasser als solche ohne Pili, so das Ergebnis. Letztere würden das giftige Metall dabei in ihrer Zellhülle aufnehmen, wodurch das Bakterium letztlich vergiftet wird. Im Gegensatz dazu lagerten die Organismen mit Zellanhängsel das radioaktive Element außerhalb ihrer Zellen ab. Die Pili hielten das radioaktive Uran aber nicht nur auf sicherer Distanz, erläutern die Forscher, sie böten den Bakterien auch eine größere Oberfläche für den Elektronentransfer.

Mit Hilfe eines fluoreszierenden Farbstoffs ermittelten Reguera und ihr Team zudem die Aktivität von einigen Atmungsenzymen der Keime, nachdem diese dem Uran ausgesetzt worden waren. Bakterien mit Pili weisen demzufolge eine größere Atmungsaktivität auf und sind damit lebensfähiger als Exemplare ohne Zellanhängsel. Überdies erholten sich die behaarten Geobacter von der Uranbelastung und wuchsen schneller als haarlose Stämme, beobachteten die Autoren.

Dank der neuen Erkenntnisse könnte man nun vielleicht gezielter Strategien entwickeln, um mit Hilfe der winzigen Organismen schädliches Uran aus der Umwelt zu beseitigen. Theoretisch könnte Geobacter sulfurreducens auch dabei helfen, meinen die Wissenschaftler um Reguera, die radioaktiven Isotope anderer Elemente – wie zum Beispiel Technetium, Plutonium und Kobalt – umzuwandeln. (mp)

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