Durchbruch auf dem Weg zu Bakterien-Batterien

Die Wissenschaftler der University of East Anglia (UEA) und des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) konnten nun zeigen, dass bestimmte Bakterien elektrische Ladung wirklich über Proteine der Zellmembran direkt an Metalle oder Mineralien abgeben können. Es ist also denkbar, die Mikroorganismen direkt auf Elektroden aufzubringen, um so wirklich effiziente mikrobielle Brennstoffzellen zu realisieren.

Einfaches Leiten

Die Forscher haben mit Shewanella oneidensis ein Bakterium betrachtet, das weltweit in Gewässern zu finden ist. Der Mikroorganismus ist dafür bekannt, dass er die Mineralkonzentration im Wasser beeinflussen kann, berichtet die BBC. «Wir wussten, dass die Bakterien Elektrizität an Metalle und Mineralien abgeben können und dass das von speziellen Proteinen an ihrer Oberfläche abhängt», sagt Tom Clarke, Biowissenschaftler an der UEA. Allerdings war bislang nicht klar, ob diese Stromleitung auch noch eine zusätzliche Mittelsubstanz erfordert.

Die Forscher haben daher künstliche Versionen des Bakteriums geschaffen, nur unter Verwendung jener Proteine, die für die Ladungsübertragung verantwortlich gemacht werden. So konnten sie zeigen, dass einfach nur der Kontakt mit einer mineralischen Oberfläche ausreicht, damit ein elektrischer Strom fliesst. «Das bedeutet, dass die Bakterien auf der Oberfläche eines Metalls oder Minerals liegen und Strom durch ihre Zellmembranen leiten können», so Clarke. Die Elektronenübertragung erfolgt den Forschern zufolge dabei extrem schnell.

Mehr als nur Stromerzeugung

Aufgrund der in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Ergebnisse geht das Team davon aus, dass die Bakterien sehr gut für mikrobielle Brennstoffzellen geeignet wären. In solchen Systemen dienen Mikroorganismen der Stromerzeugung aus häuslichen oder industriellen Abfallprodukten, weshalb ein steigendes Interesse an derartigen Lösungen besteht. Erst im Herbst hatten andere US-Forscher ein System vorgestellt, das die Abwasseraufbereitung zur Stromquelle machen soll - und explizit angegeben, dass sie noch bessere Mikroben für diese Anwendung suchen.

Die aktuellen Ergebnisse versprechen aber nicht nur eine effizientere Stromerzeugung. «Eine andere Möglichkeit wäre, diese Bakterien als Minifabriken auf einer Elektrode zu nutzen, bei der chemische Reaktionen in der Zelle mit Strom ablaufen, den die Elektrode über die Proteine liefert», erklärt Clarke. Zudem geht das Team davon aus, dass ein genaues Verständnis der Elektronentransfers dazu beitragen wird, den Einfluss von Bakterien auf den globalen Kohlenstoffkreislauf zu begreifen.

(tafi/pte)