Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bakterien in Biofilmen halten Uran fest

17.10.2007
Uran kommt in unserer Umwelt natürlich vor. In dicht besiedelten Regionen wie Sachsen, wo lange Jahre Uranerz abgebaut wurde, ist es besonders wichtig zu wissen, wie sich Uran in der Natur ausbreitet. Neueste Untersuchungen im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) belegen, dass Bakterien eine wichtige Rolle beim Transport von Uran in der Umwelt übernehmen können. Die Ergebnisse wurden vor kurzem im Fachjournal "Environmental Science & Technology" veröffentlicht.

Bakterien sind keine Einzelgänger, vielmehr sind 99 Prozent aller Bakterien in Biofilmen organisiert. Typische Biofilme sind Zahnbeläge oder schleimige Überzüge auf in Gewässer befindlichen Steinen. Biofilme sind allgegenwärtig und treten insbesondere an Grenzflächen zwischen fest und flüssig auf.

Ein Biofilm besteht zu 50 bis 95 % aus Wasser. Der Rest setzt sich aus Mikroorganismen und organischen Makromolekülen zusammen. In Biofilmen findet man sehr komplexe und zugleich gut aufeinander abgestimmte Lebensgemeinschaften von Mikroorganismen vor. Dabei kann es zur Ausbildung von Nischen mit unterschiedlichen geochemischen Parametern (z. B. pH-Wert, gelöste Sauerstoffkonzentration) innerhalb des Biofilms kommen.

Biofilme sind von Wasserkanälen durchzogen, auf denen den Bakterien Nährstoffe zugeführt und deren Ausscheidungen abtransportiert werden. Auf diese Weise gelangen auch toxische Schwermetalle in den Biofilm und können dort zurückgehalten werden. Somit können Biofilme einen natürlichen Filter für Wasserreinigungs-Prozesse bilden.

... mehr zu:
»Bakterium »Biofilm »FZD »Uran

Uran kann über das Transportmedium Wasser zu den Biofilmen gelangen. Hierbei spielt die Oxidationsstufe des Urans eine große Rolle: das sechswertige Uran ist wasserlöslich und somit mobil (im Zentrum dieser Verbindung steht das Uranyl-Ion UO22+ - das Uranatom ist von zwei Sauerstoffatomen umgeben), das vierwertige Uran dagegen ist kaum wasserlöslich. Wird das mobile Uran(VI) in einen solchen Biofilm geleitet, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass es durch den Weg von der Oberfläche in das Innere des Biofilms chemisch in vierwertiges Uran umgewandelt wird. Bei dieser Reaktion gibt das Uran(VI) zwei Elektronen ab, allerdings war bisher der genaue Reaktionsvorgang unklar.

Die ausgefeilten Analysetechniken, die im FZD zur Verfügung stehen, ermöglichten erstmals die genaue Untersuchung des chemischen Verhaltens von Uran in lebender Umgebung. So konnte die komplexe Wechselwirkung zwischen dem Schwermetall und den Bakterien, die in einem Biofilm leben, aufgedeckt werden. Dieses Wissen könnte in Zukunft dabei helfen, Konzepte für intelligente Sanierungsmaßnahmen zu erstellen.

Den Redox-Prozess von Uran in einem Biofilm hat ein Wissenschaftler-Team um Dr. Thuro Arnold im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf in Kooperation mit Prof. Isolde Röske und Dr. Axel Wobus von der Technischen Universität Dresden nun erstmalig untersucht. Mit einem konfokalen Laser-Fluoreszenz-Mikroskop gelang es, die Reduktion von Uran(VI) zum Uran(V) zu visualisieren und spektroskopisch zu identifizieren. Die Forscher gaben zunächst einem der Natur nachempfundenen Biofilm eine wohldefinierte Lösung mit Uranyl(VI)-Ionen bei. Um Uran im Mikroskop sichtbar machen zu können, wird ausgenutzt, dass einige Uran-Verbindungen bei gezielter Laseranregung Lumineszenz zeigen, also nachleuchten.

Einmalig ist das per Mikroskop entstandene Bild, auf dem sechs- und fünfwertiges Uran gleichzeitig zu sehen sind. Da Uran(V) nur kurze Zeit stabil ist, herrscht dieser Oxidationszustand nicht lange vor. Dr. Arnold: "Wir konnten nachweisen, dass die Umwandlung in wasserunlösliches Uran in zwei Etappen vor sich geht. Während der im Biofilm ablaufenden Reaktion gibt das sechswertige Uran erst ein Elektron ab, woraus das fünfwertige Uran entsteht.

Für die weitere Umwandlung zum wasserunlöslichen Uran(IV) gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen kann das Uran(V) im Biofilm unter Abgabe eines zusätzlichen Elektrons weiter zu Uran (IV) reduziert oder aber in einem komplizierteren Prozess zu Uran(IV) und Uran (VI) umgewandelt werden. Da das im Biofilm entstandene vierwertige Uran quasi wasserunlöslich ist, fällt es aus und wird im Biofilm festgehalten."

Eine besondere Leistung der Rossendorfer Wissenschaftler besteht zudem darin, dass sie gleichzeitig mit dem mikroskopischen Nachweis der Reduktion von Uran in einem Biofilm die genaue Wertigkeit der Uran-Verbindungen mit der Methode der Laser-Fluoreszenz-Spektroskopie nachweisen konnten. Dr. Arnold: "Wir wollen die von uns entdeckten Prozesse nun noch besser verstehen lernen, um dieses Wissen beispielsweise in intelligente Sanierungsprozesse einfließen zu lassen." Dafür werden derzeit die Untersuchungsgeräte weiter verfeinert und verbessert. Jetzt schon können Uran-Partikel und deren genaue chemische Form, in Biofilmen identifiziert werden. Bald schon sollen mit der Fluoreszenz-Spektroskopie auch zeitaufgelöste Informationen zu gelösten Uranverbindungen in Biofilmen möglich sein, so dass die Kombination der beiden Methoden dann sogar zur Untersuchung von Wechselwirkungen von Zellen mit fluoreszierenden Schwermetallen geeignet sein wird.

Veröffentlichung:
K. Großmann, T. Arnold, E. Krawczyk-Bärsch, S. Diessner, A. Wobus, G. Bernhard, R. Krawietz, "Identification of fluorescent U(V) and U(VI) Microparticles in a multispecies biofilm by Confocal Laser Scanning Microscopy and Fluorescence Spectroscopy ", in: Environmental Science & Technology, Vol. 41, No. 18: September 15, 2007.
Weitere Informationen:
Dr. Thuro Arnold
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Institut für Radiochemie
Tel.: +49 351 260 - 2432
Email: t.arnold@fzd.de
Prof. Dr. Isolde Röske
Technische Universität Dresden
Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie
Tel.: +49 351 - 46 33 29 05
Email: roeske_i@rcs.urz.tu-dresden.de
Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) - Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Bautzner Landstr. 128, 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700
Email: c.bohnet@fzd.de
http://www.fzd.de
Information:
Das FZD erbringt wesentliche Beiträge der Grundlagenforschung sowie der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung zu folgenden Fragestellungen:
o Wie verhält sich Materie unter dem Einfluss hoher Felder und in winzigen Dimensionen?
o Wie können Tumorerkrankungen frühzeitig erkannt und wirksam behandelt werden?
o Wie schützt man Mensch und Umwelt vor technischen Risiken?
Dazu werden 6 Großgeräte eingesetzt, die europaweit einzigartige Untersuchungsmöglichkeiten auch für auswärtige Nutzer bieten.

Das FZD ist mit ca. 700 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft (www.wgl.de) und verfügt über ein jährliches Budget von rund 57 Mill. Euro (Stand: 12/2006). Hinzu kommen etwa 10 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören 83 außeruniversitäre Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung. Leibniz-Institute arbeiten interdisziplinär und verbinden Grundlagenforschung mit Anwendungsnähe. Jedes Leibniz-Institut hat eine Aufgabe von gesamtstaatlicher Bedeutung, weshalb sie von Bund und Ländern gemeinsam gefördert werden. Die Leibniz-Institute verfügen über ein Gesamtbudget von gut 1 Milliarde Euro und beschäftigen mehr als 13.000 Mitarbeiter.

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de

Weitere Berichte zu: Bakterium Biofilm FZD Uran

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen
23.02.2017 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

nachricht Alge im Eismeer - Genom einer antarktischen Meeresalge entschlüsselt
23.02.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie