Uran und Katzengold - UZH

DOSSIER Viren und Bakterien
wirkungen. Böttgers Team gelang es nun, die
Wirkstoffe so zu modifizieren, dass sie besser
zwischen den menschlichen und den bakte­
riellen Ribosomen unterscheiden können. Da­
durch wirken sie viel zielgerichteter, wie im
Tierversuch gezeigt werden konnte.
Pharmafirmen wenig interessiert
In einer zweiten Arbeit stellte Böttgers Gruppe
die Entwicklung eines völlig neuen Wirkstoffs
vor. Die Wissenschaftler haben die Substanz
Spectinomycin, die ebenfalls an die Riboso­
men andockt, so modifiziert, dass sie erstens
nicht mehr von der entsprechenden Efflux­
pumpe aus dem Zellinneren spediert wird
und zweitens zwischen menschlichen und
bakteriellen Ribosomen unterscheiden kann.
Auch hier sind die Tierversuche vielverspre­
chend: Spectinomycin, das bisher nicht gegen
Tuberkulose eingesetzt wurde, tötet nicht nur
die normalen Erreger wirksam ab, sondern
auch hochresistente Keime.
In beiden Fällen, so ist Böttger überzeugt,
könnten schon bald klinische Versuche gestar­
tet werden. Allerdings werde es nicht ganz
einfach sein, entsprechende Industriepartner
zu finden. «Es gibt keinen funktionierenden
Markt in diesem Bereich», hält er ernüchtert
fest. «Während die Pharmafirmen mit Aids­
Medikamenten unglaubliche Summen verdie­
nen, haben sie an der Entwicklung von neuen
Tuberkulosemedikamenten kein Interesse,
weil dies nicht lohnend genug ist.» Und solan­
ge sich die Mär hält, Tuberkulose sei vorwie­
gend eine Krankheit der Armen, wird sich
daran wohl nicht viel ändern.
Kontakt: Prof. Erik C. Böttger, [email protected],
Prof. Markus Seeger, [email protected]
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Uran und Katzengold
Bakterien können wertvolle, teils auch giftige Metalle aus Schlacken und alten
Elektronikgeräten zurückgewinnen. Damit tragen sie zur nachhaltigen Lösung
des Abfallproblems bei. Von Maurus Immoos
Die landläufige Meinung über Bakterien ist meist teten Abfall und ein geeignetes Bakterium. Den
negativ. Ekelzeugs, das man auf öffentlichen Müll bezieht sie von einer Schweizer Firma, die
Toiletten findet, Erreger, die schlimme Krank­ sich auf die Verwertung von Bau­, Gewerbe­ und
heiten verursachen, Keime, die gegen Antibiotika Industrierückständen spezialisiert hat. Auch Keh­
resistent sind – kurzum, Bakterien gelten als richtverbrennungsanlagen gehören zu den Liefe­
natürliche Feinde des Menschen. Dabei geht ranten, beispielsweise von Schlacke und Flug­
leicht vergessen, dass von den geschätzt drei Mil­ asche. All diesen Rückständen ist gemein, dass sie
lionen Bakterienarten die meisten nützlich sind. viele wertvolle Metalle enthalten, die Fabbri mit
Sie haben eine fundamentale Bedeutung für Hilfe von Bakterien zurückgewinnen möchte.
viele Prozesse in der
Derzeit arbeitet
sie mit einem Bakte­
Natur, etwa für das
HALOTHIBACILLUS NEAPOLITANUS
Klima oder für die
rium, das offiziell
Nährstoffverwer­
noch keinen Namen
tung – man denke
trägt. Bis zu seiner
an die Vorgänge im
genetischen
Ent­
menschlichen Darm.
schlüsselung und
Das Bakterium Halothibacillus
Die Kleinstlebewe­
definitiven Klassifi­
neapolitanus produziert Schwefelsäure,
sen können aber noch
zierung heisst es
mit der es Metalle aus Abfallpartikeln
viel mehr; sie besit­
CCOS 191. «Eine
herauslösen kann.
zen nämlich die Fä­
Studentin des Insti­
higkeit, aus unserem
tuts hat das Bakteri­
Müll wertvolle Metalle wie Kupfer, Eisen, Gold, um im nahegelegenen Irchel­Weiher bei der Ent­
Silber, Blei und Cadmium zu extrahieren. Wie das nahme einer Bodenprobe entdeckt», erzählt
genau funktioniert, erforscht Carlotta Fabbri am Carlotta Fabbri.
Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwis­
CCOS 191 besitzt die besondere Eigenschaft,
senschaften an der Universität Zürich.
eine grosse Menge Cyanid zu produzieren. Die­
ses Cyanid bindet sich sehr gut an Metalle und
Bakterium aus dem Irchel-Weiher
bildet mit diesen einen wasserlöslichen Metall­
Betritt man das Institutslabor, stechen einem so­ Cyanid­Komplex, der sich leicht von den restli­
fort die gläsernen Erlenmeyerkolben ins Auge, chen Stoffen in der Lösung abtrennen lässt. Damit
gut verschlossen mit einem Pfropfen oder am CCOS 191 gut gedeiht und möglichst viel Cyanid
Hals umwickelt mit Alufolie. Einige davon stehen produziert, ist es auf eine organische Kohlenstoff­
in Reih und Glied unter einer Glasglocke auf quelle angewiesen, die in Form von Glukose der
einem Rütteltisch. Gemächlich und in konstantem Nährlösung hinzugegeben wird. Bei einer Tem­
Tempo drehen sich die Nährlösungen im Kreis. peratur um die dreissig Grad Celsius und konti­
Für Laien sieht die Anordnung unspektakulär nuierlichem Rühren fühlt sich CCOS 191 am
aus, was sich jedoch in Glaskolben abspielt, ist ein wohlsten und erledigt die Cyanid­Produktion
erstaunlicher biochemischer Vorgang, der prak­ praktisch von allein. «Ein Nachteil ist, dass Cy­
tisch von allein abläuft. Fabbri, die Hüterin der anid vor allem Eisen bevorzugt», sagt Fabbri.
Glaskolben, benötigt für ihre Forschung aufberei­ Befinden sich zusätzlich andere Metalle in der
Zersetzende
Säure
Lösung, ist nicht garantiert, dass eine Verbin­
dung mit diesen zustande kommt.
Bessere Resultate erhielt die Forscherin mit
dem Bakterium Halothiobacillus neapolitanus.
Dieses produziert nach wenigen Tagen Schwefel­
säure. Um das Wachstum in Gang zu setzen,
braucht es lediglich Kohlenstoffdioxid, das es aus
der Umgebungsluft bezieht. Die entstandene
Säure zersetzt sich automatisch in ihre Bestand­
teile, wobei unter anderem Wasserstoffprotonen
frei werden. Diese heften sich an die Abfallparti­
kel, und zwar genau an jener Stelle, wo sich die
Metalle befinden. Durch diesen Effekt trennen
sich die Metalle ab und fallen in die Lösung. Nach
einigen Tagen lässt sich mit Hilfe eines Atomab­
sorptionsspektrometers eruieren, welche Metalle
herausgelöst wurden.
Das Verfahren, mit Bakterien Metalle zu lösen,
im Fachjargon spricht man von Bioleaching oder
Biomining, ist nicht neu. Schon länger bekannt
ist es aus dem Bergbau. Bereits in den 1950er­
Jahren wurden Mikroben erfolgreich eingesetzt,
um aus Pyrit – im Volksmund auch Katzengold
genannt – die winzigen Goldbestandteile, die
dieses Mineral enthalten kann, zugänglich zu
machen. Heute versucht die Forschung mit Bio­
leaching vor allem sekundäre Rohstoffe wieder
nutzbar zu machen, die sich in Industrie­, Bau­
und Gewerbeabfällen befinden.
Mit Abfall Geld verdienen
Denn in Zeiten steigender Rohstoffpreise wird es
finanziell zunehmend lohnenswert, Wertstoffe
aus Abfällen zurückzugewinnen. Allein aus den
Rückständen der Schweizer Kehrichtverbren­
nungsanlagen lassen sich jährlich Metalle im Wert
von 100 Millionen Franken gewinnen, wie Berech­
nungen der Hochschule für Technik Rapperswil
ergaben. Die Konzentration von wertvollen Me­
tallen im Elektronikschrott ist mittlerweile höher
als in Bergwerken; so befindet sich in vierzig alten
Mobiltelefonen derselbe Goldgehalt wie in einer
Tonne Erz. Gerade bei den Seltenen Erden muss
die Industrie über kurz oder lang nach neuen
Quellen Ausschau halten. Dies zeigt beispielswei­
se die Preisentwicklung von Europium, einem
seltenen Metall, das vor allem bei der Herstellung
von Plasmabildschirmen eingesetzt wird. Betrug
der Preis 2002 noch 240 US­Dollar auf dem Welt­
markt, bewegt er sich heute auf einem Niveau um
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die 1000 US­Dollar pro Kilogramm. Bei allen Sel­
tenen Erden liegen die derzeitigen Wiederverwer­
tungsraten jedoch nur bei einem Prozent.
Neben dem wirtschaftlichen Aspekt geht es
aber auch darum, Stoffkreisläufe zu schliessen
und damit den Abbau von natürlichen Ressourcen
zu verringern, der sehr energieintensiv und mit
hohen CO2­Emissionen verbunden ist. Auch be­
steht von Seiten der Politik die Forderung, dass
der Umgang mit Rohstoffen nachhaltiger wird. So
verlangt beispielsweise die OECD, dass sich zu­
künftig alle industriellen Verfahren an biologische
Prozesse anlehnen. Weil Bakterien allein auf­
grund ihres natürlichen Stoffkreislaufs Metalle
lösen können, haben sie gegenüber anderen Ver­
fahren ein sehr grosses Potenzial, einen wichtigen
Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung zu leisten.
Böden reinigen
Mit Mikroorganismen lassen sich nicht nur Wert­
stoffe recyclen, sondern auch Giftstoffe säubern
und neutralisieren. So haben deutsche Forscher
vor kurzem herausgefunden, dass es Bakterien­
arten gibt, die im Wasser gelöste Uranverbindun­
gen brauchen, um zu überleben. Sie verwandeln
das giftige und radioaktive Schwermetall zwar
nicht in harmlose Abbauprodukte, aber in schwer­
lösliche Salze, die zu Boden sinken und sich
dadurch nicht mehr so leicht in der Umwelt vertei­
len. Auch bei Tankerunfällen könnten Bakterien
zum Einsatz kommen. Einige Bakterienarten sind
fähig, die Verbindungen im Erdöl nahezu vollstän­
dig zu Kohlendioxid und Wasser zu verdauen.
Fabbri forscht derzeit an einem Verfahren,
Böden zu säubern. Dabei arbeitet sie jedoch mit
Pilzen, die sie auf einem festen Nährmedium
züchtet. Ähnlich wie gewisse Pflanzensorten
besitzen Pilze die Fähigkeit, Metallrückstände in
ihren Zellen aufzunehmen. Diese Form von Bio­
akkumulation könnte dazu dienen, mit Schwer­
metall verseuchte Böden zu entgiften. Das Poten­
zial, mit mikrobiellen Methoden etwas Positives
für die Umwelt zu tun, scheint unermesslich. Ge­
rade wenn man bedenkt, dass bisher nur ein
Bruchteil der in der Natur vorkommenden Mik­
roorganismen wirklich erforscht ist. Es ist schon
erstaunlich, zu welchen Grosstaten die Kleinst­
lebewesen imstande sind.
Kontakt: Carlotta Fabbri, [email protected]