Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikroben schicken Elektronen in magnetischen Partikeln auf den Langstreckentransport

05.08.2016

Bakterien können Energie in Eisenminerale hineinpumpen und dort für den späteren Gebrauch oder weiter entfernte Nutzer speichern

Bakterien können Elektronen – gleichzusetzen mit „Energie“ – direkt in feste leitfähige magnetische Mineralien, sogenannte Magnetite, pumpen und im Magnetit über lange Strecken transportieren. Das hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Dr. James Byrne und Professor Andreas Kappler vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen festgestellt.


Eisen(III)-redzuierende Bakterien Geobacter sulfurreducens lagern Elektronen auf Magnetit-Nanopartikeln ab. Elektronenmikroskopische Aufnahme: Eye of Science, Reutlingen

Dies bedeutet für die Forscher einen Durchbruch bei der Frage, wie Mikroorganismen über weite Entfernungen Zugang zu Energiequellen finden. Die Entdeckung, die im Journal Scientific Reports veröffentlicht wurde, hat nach Einschätzung der Forscher das Potenzial, den Weg zu neuen Energiespeichertechnologien zu öffnen, bei denen einfach zu züchtende Bakterien mit in der Umwelt reichlich vorhandenen magnetischen Eisenablagerungen zusammengebracht werden könnten.

Der Austausch von Elektronen zur Bereitstellung von Energie ist schon lange als treibende Kraft allen Lebens auf der Erde erkannt worden. „Bakterien setzen Energie für den Eigengebrauch frei, indem sie Elektronen von einer Quelle zu einem Ablagerungsort auf niedrigerem Energieniveau verschieben “, erläutert James Byrne, der Erstautor der Studie. Geeignete Elektronenspender und -empfänger zu finden, könne jedoch eine große Herausforderung für die Bakterien sein. Daher hätten viele Organismen besondere Strategien entwickelt, um alle möglichen Materialien für diese Zwecke nutzen zu können.

Mithilfe von magnetischen Messungen, hochauflösender Elektronenmikroskopie und der leistungsstarken Synchrotroneinrichtung Diamond Light Source in Großbritannien konnte das Forscherteam nun nachweisen, dass viele der Mikroben Elektronen direkt in magnetische Eisenteilchen hineinpumpen oder aus ihnen abziehen können. Auf diese Weise können die Partikel genutzt werden, um Energie zu speichern – oder sogar als Energieüberträger über relativ weite Entfernungen.

„Das ist besonders interessant, wenn man bedenkt, über welche Distanzen diese Prozesse ablaufen“, sagt Byrne. „Bakterien sind meistens nur einen Mikrometer lang, also hundertmal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars. Der Elektronentransfer läuft aber teilweise über mehrere Zentimeter hinweg. Auf den Menschen übertragen müsste dieser noch in der Lage sein, einen Apfel in mehreren Kilometern Entfernung zu verzehren.“

Einige Typen von Bakterien können bei der Eisenoxidation die Elektronen nur aus den äußeren Nanometern der Magnetit-Partikel herausziehen, andere Bakterientypen sind dagegen bei der Eisenreduktion in der Lage, die Elektronen ins Innere des Magneten zu pumpen. Dies spiegelt sich auch im Verhalten der Bakterien: Die Eisen-oxidierenden Bakterien können für die Aufrechterhaltung ihres Stoffwechsels und das Wachstum nur die kleinsten Teilchen verwenden; die Eisen-reduzierenden Typen zeigten sich hingegen wenig wählerisch und nutzten Magnetit-Teilchen aller Größen als Elektronenempfänger.

Byrne sagt zusammenfassend: „Unsere Ergebnisse machen deutlich, dass Bakterien Elektronen in praktisch überall verfügbaren Materialien lagern können. Die Elektronen können zu einem späteren Zeitpunkt oder einem weiter entfernten Ort wieder abgezogen werden – durch die Bakterien selbst oder auch zur industriellen Nutzung.“

Publikation:
James M. Byrne, Gerrit van der Laan, Adriana I. Figueroa, Odeta Qafoku, Chongmin Wang, Carolyn I. Pearce, Michael Jackson, Joshua Feinberg, Kevin M. Rosso, Andreas Kappler (2016), Size dependent microbial oxidation and reduction of magnetite nano- and micro-particles, Scientific Reports, in press.

Kontakt:
Dr. James Byrne und Prof. Dr. Andreas Kappler
Universität Tübingen
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften
james.byrne[at]uni-tuebingen.de; Telefon +49 7071 29-75496
andreas.kappler[at]uni-tuebingen.de; Telefon +49 7071 29-74992

Dr. Karl Guido Rijkhoek | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns
24.04.2018 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Nano-Ampel zeigt Risiko an
24.04.2018 | Universität Duisburg-Essen

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: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns

24.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Bestrahlungserfolg bei Hirntumoren lässt sich mit kombinierter PET/MRT vorhersagen

24.04.2018 | Medizintechnik

RWI/ISL-Containerumschlag-Index auf hohem Niveau deutlich rückläufig

24.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics