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News: Mit Bakterien gegen Cadmium

Gelangen Schwermetalle wie zum Beispiel Cadmium in die Erde, wird es gefährlich für den Menschen und die Umwelt. Denn das Metall bewegt sich leicht im Grundwasser und gelangt auf diesem Weg in die Nahrungskette. Doch für den Menschen ist es hochgiftig, zudem kann es Krebs erregen. Amerikanische Forscher haben jetzt einen Weg gefunden, eine chemische Behandlung und den Einsatz von Bakterien zu verbinden, um so verseuchte Böden zu behandeln. Bakterien vom Stamm Klebsiella planticola wandeln lösliches Cadmium in eine unlösliche Verbindung um, sodass das Schwermetall das Grundwasser nicht mehr gefährdet.
Cadmium ist ein hochgiftiges und Krebs erregendes Schwermetall, das zum Beispiel in Batterien, Farbstoffen und Pestiziden enthalten ist. Besonders gefährlich ist es in der freien, ionisierten Form, in der es sich leicht in Wasser löst und daher das Grundwasser bedroht. "Umweltverschmutzung durch Schwermetalle wie Cadmium ist ein sehr ernstes Problem", warnt Murthy Vairavamurthy vom Brookhaven National Laboratory.

Es gibt zwei grundsätzliche Verfahren, Böden zu behandeln, die durch Metalle verseucht sind. Einerseits können die Metalle mobilisiert werden, so dass sie sich aus dem Boden entfernen lassen. Andererseits kann man die Metalle in eine stabile Form bringen, in der sie nicht mehr ins Grundwasser gelangen können. Vairavamurthy und seine Kollegen haben in der Natur nach Vorbildern dafür gesucht, wie sie zumindest eine der Möglichkeiten umsetzen könnten. Jetzt haben sie einen Weg gefunden, chemische Behandlung mit dem Einsatz von Bakterien zu verbinden. Die Wissenschaftler präsentierten ihre Resultate am 24. August 2000 bei dem 220. Treffen der American Chemical Society in Washington.

"Viele Organismen verwenden Thiole – organische Verbindungen mit einer Schwefel-Wasserstoff-Gruppe – um den Körper zu entgiften", erklärt Vairavamurthy. Denn viele Thiole bilden mit giftigen Metallen lösliche Komplexe, die sich ausscheiden lassen. "Wir dachten, dass dies auch in Erde funktionieren kann."

Die Forscher waren aber auch von der Fähigkeit vieler Mikroben fasziniert, welche die verseuchenden Stoffe unschädlich machen können. "Bakterien verfügen über vielseitige Mechanismen, von denen wir glaubten, dass wir sie vielleicht auf intelligente Art und Weise ausnutzen könnten", erläutert der Wissenschaftler.

Nun hat das Team eine Methode vorgeschlagen, die beide Wege vereint: Zuerst spritzen sie Thiosulfat, eine anorganische Verbindung mit einer Schwefel-Wasserstoff-Gruppe, unter die Oberfläche des Bodens. Diese Verbindung bildet mit Cadmium gut lösliche Komplexe. Pumpen die Wissenschaftler anschließend das Wasser aus dem Boden, kommt das Cadmium mit heraus.

Dieses Wasser behandeln sie anschließend mit Bakterien aus dem Stamm Klebsiella planticola, die Pramod Sharma, früher ebenfalls am Brookhaven National Laboratory, kürzlich aus küstennahen Salzsümpfen auf Shelter Island in New York isoliert hat. In seinem normalen Verdauungsprozess wandelt das Bakterium gelöstes Cadmiumthiosulfat in unlösliches Cadmiumsulfid um, das aus der Lösung ausfällt.

Die Wissenschaftler um Vairavamurthy könnten die Bakterien allerdings auch direkt in den Boden spritzen und den Prozess vollständig vor Ort ablaufen lassen. Dann bliebe unlösliches Cadmiumsulfid im Boden statt des giftigen Schwermetalls. "Cadmiumsulfid ist ziemlich stabil, und wird unter nicht ins Grundwasser gelangen", solange kein Sauerstoff vorhanden ist, sagt Vairavamurthy.

Die zweite Methode wird vermutlich billiger, als verseuchten Boden umzugraben, um ihn an einem anderen Ort zu behandeln, oder auch als das zuerst beschriebene Verfahren. Weil die Bakterien sowohl unter sauerstoffreichen als auch in sauerstoffarmen Bedingungen gut leben, können Forscher sie im Labor züchten, wo es viel Sauerstoff gibt, und sie dann in den Boden aussetzen, wo nur wenig Sauerstoff vorhanden ist. Dieselbe Methode könnte auch mit anderen Metallen wie Arsen oder Kobalt funktionieren.

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