Halle – 2009 wiesen Dietrich Nies von der Universität Halle und Frank Reith von der Universität Adelaide nach, dass ein Bakterium aus der Familie der Burkholderiaceae auf biologischem Weg Gold ablagern kann – es bildet Nuggets, wenn auch gelinde gesagt winzige. Nun haben sich die Forscher genauer angesehen, welche molekularen Prozesse dabei ablaufen, berichtet die Uni Halle.
Das Bakterium Cupriavidus metallidurans lebt vor allem in Böden, die mit zahlreichen Schwermetallen angereichert sind. Für die meisten Lebewesen wäre das eine giftige Umgebung – C. metallidurans wird damit jedoch fertig, und das lohnt sich: "Wenn man von den giftigen Schwermetallen absieht, sind die Lebensbedingungen in diesen Böden nicht schlecht: Es gibt genügend Wasserstoff zur Energiespeicherung und nahezu keinerlei Konkurrenz", sagt Nies. Das Bakterium musste nur einen Weg finden, aus einem Schwermetall-Gemisch wertvolle Spurenelemente zu beziehen, ohne sich dabei selbst zu vergiften.
Einblicke in ein schwermetalltolerierendes Wesen
Gold gelangt auf demselben Weg wie Kupfer in das Innere der Bakterien, berichtet der Forscher. Kupfer ist für C. metallidurans einerseits ein lebenswichtiges Spurenelement, andererseits ist es in größeren Konzentrationen giftig. Kommen die Kupfer- und Goldteilchen in Berührung mit den Bakterien, laufen vielfältige chemische Prozesse ab. Dabei wird Kupfer, das eigentlich in einer schwerer aufnehmbaren Form vorliegt, in eine für das Bakterium wesentlich leichter aufnehmbare Form umgewandelt und so gelangt es in das Zellinnere. Das Gleiche passiert auch mit den Gold-Verbindungen.
Wenn sich im Inneren des Bakteriums zu viel Kupfer befindet, wird es normalerweise durch das Enzym CupA wieder nach außen abgepumpt. "Wenn im Inneren der Bakterie aber zusätzlich Gold-Verbindungen vorhanden sind, kann das Enzym seine Wirkung nicht entfalten – die giftigen Kupfer- und Gold-Verbindungen bleiben im Zellinneren. In Kombination sind Kupfer und Gold sogar noch giftiger als alleine", sagt Nies.
Um dieses Problem zu lösen, aktivieren die Bakterien noch ein weiteres Enzym: CopA. Es kann die Kupfer- und Gold-Verbindungen wieder in die ursprünglichen, schwerer aufnehmbaren Formen umwandeln. "Dadurch gelangen weniger Kupfer- und Goldverbindungen in das Innere der Zelle, das Bakterium wird weniger vergiftet und das Kupfer-Abpump-Enzym kann ungehindert überschüssiges Kupfer entsorgen. Eine weitere Folge: Die schwerer aufnehmbaren Gold-Verbindungen verwandeln sich im Außengebiet der Zelle in wenige nanometerkleine, harmlose Goldnuggets", fasst Nies zusammen.
Theoretische Anwendbarkeit
In der Natur spielt C. metallidurans eine zentrale Rolle bei der Bildung von sogenanntem sekundären Gold, das im Anschluss an die Verwitterung von primären, geologisch entstandenen alten Golderzen entsteht. Es wandelt die bei der Verwitterung entstandenen, giftigen Goldteilchen in harmlose Goldpartikel um und bildet so Goldnuggets. Wird der Prozess zur Gänze entschlüsselt, könnte Gold künftig auch ohne die üblicherweise eingesetzten giftigen Quecksilberbindungen aus Erzen gewonnen werden, die nur einen geringen Goldanteil aufweisen. (red, 4. 2. 2018)