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Neue Form der Energiegewinnung? Viele Bakterien erzeugen Strom

Bakterien, die mit ihrem Stoffwechsel elektrischen Strom erzeugen: Einer Studie zufolge sind es weit mehr Arten als bisher bekannt. Forscher sehen bereits die Möglichkeit, bakterienbasiert Energie zu erzeugen.

Sie sind weiter verbreitet als bisher gedacht: Bakterien, die elektrischen Strom erzeugen. Den Mikroben könnte der neu entdeckte Mechanismus helfen, Körper zu besiedeln, erklären Forscher im Fachmagazin "Nature". Die Erkenntnisse "könnten uns viel darüber mitteilen, wie diese Bakterien uns infizieren oder uns helfen, einen gesunden Darm zu haben", erklärt Daniel Portnoy von der University of California in Berkeley.

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Listeria-Bakterien transportieren Elektronen als winzige Ströme durch ihre Zellwand in die Umwelt, unterstützt von Flavin-Molekülen (gelbe Punkte).

(Foto: Amy Cao graphic/Copyright UC Berkeley)

Eine Gruppe um Portnoy hatte das Bakterium Listeria monocytogenes untersucht, das bei Menschen und Tieren die Krankheit Listeriose auslösen kann. Die Forscher entdeckten dabei einen Weg, auf dem das Bakterium einzelne Elektronen, die beim Stoffwechsel übrig bleiben, in die Umgebung abgibt - also Strom erzeugt.

Hilfe beim Besiedeln eines Körpers

Dass der Mechanismus beim Besiedeln eines Körpers helfen könnte, fanden die Forscher durch Versuche an Mäusen heraus, die sie mit Listeria monocytogenes infizierten. Die Bakterienkulturen vermehrten sich erheblich schneller als mutierte Varianten, die zum Elektronentransport nicht in der Lage sind. Entscheidend für die Fähigkeit, Elektronen durch die Zellwand zu transportieren, sind acht Gene im Erbgut des Bakteriums.

Varianten dieser Gene fanden die Biologen über eine Gendatenbank auch bei zahlreichen anderen Bakterienarten, darunter im gesunden Darm (Enterokokken) und bei der Herstellung von Milchprodukten wie Joghurt und Käse (Lactobacillus) vorkommende.

"Möglichkeiten für bakterienbasierte Energieerzeugungstechnologien"

Dass einzelne Bakterienarten in der Lage sind, Elektronen abzugeben, war bereits bekannt. Bisher handelte es sich jedoch um sehr spezielle Bakterien, die im Boden leben und Elektronen an Eisen und Mangan abgeben können. Ihre Reaktionskette für den Elektronentransport ist recht komplex. Portnoy und Kollegen fanden bei Listeria monocytogenes nun einen einfacheren Mechanismus.

Das beim Stoffwechsel freiwerdende Elektron wird demnach an das Protein Ndh2 abgegeben und von dort an ein Chinonmolekül weitergereicht. Eventuell gibt es zwei weitere Zwischenstationen, auf jeden Fall übernimmt ein weiteres Protein, PplA, den Weitertransport der Elektronen. An PplA werden zwei Flavinmoleküle gebunden, die wiederum die Elektronen durch die Zellwand in die Umgebung bringen. Welche Substanz dann üblicherweise die Elektronen aufnimmt, ist noch nicht bekannt, aber die freigesetzten Elektronen sind als elektrischer Strom messbar.

Laut Mitteilung der University of California gibt in einer geeigneten Umgebung jede Bakterienzelle einige 100.000 Elektronen pro Sekunde ab. Das ergibt zwar nur eine Stromstärke von 500 Mikroampere, dennoch schreiben Laty Cahoon und Nancy Freitag von der University of Illinois in Chicago in einem "Nature"-Kommentar: "Die Charakterisierung dieses bisher unbekannten Mechanismus des extrazellulären Elektronentransports könnte Möglichkeiten für den Entwurf von bakterienbasierten Energieerzeugungstechnologien schaffen."

Quelle: ntv.de, Stefan Parsch, dpa