Bakterien als Baumeister - Sedimentstabilität durch

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Bakterien als Baumeister - Sedimentstabilität durch
Bakterienausscheidungen
Bestimme Ausscheidungen von Bakterien sorgen dafür, dass Sedimente „verklumpen“ und
dadurch deutlich stabiler werden. Dies hat jetzt Dr. Sabine Gerbersdorf vom Institut für
Wasserbau der Universität Stuttgart in ihrer neuen Studie entdeckt.
Eigentlich gelten Bakterien neben Pilzen als klassische Abbauer von organischer Substanz.
Doch scheiden Bakterien auch sogenannte extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) aus, die
die Mikroorganismen umgeben und verschiedene Funktionen erfüllen, beispielsweise beim
Anheften, bei der Anreicherung von Nährstoffen oder dem Schutz vor Austrocknung und vor
Schadstoffen. Gerade die Fähigkeit der Bakterien zur starken Anheftung an Oberflächen wird in
Bereichen wie der Zahnmedizin und der Biotechnologie gefürchtet. Gleichzeitig macht man sich
die bindenden Eigenschaften der Polymere gerne in der Abwasserwirtschaft und der Industrie
(als Zusatz in Kosmetika) zunutze. Dr. Sabine Gerbersdorf vom Institut für Wasserbau der
Universität Stuttgart wies nach, dass Bakterien, genauso wie bisher von Mikroalgen bekannt,
durch Ausscheidung der Polymere für eine bessere Stabilität von Sedimenten sorgen.
Polymere Substanzen sorgen für die "Verkittung" der Glasperlen, wie die Aufnahme mit dem Elektronenmikroskop
zeigt, unbewachsen würden die Perlen strahlend hell erscheinen. © Gerbersdorfer
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Als Substrat für die Bakterien wählte sie zunächst Glasperlen, weil diese, anders als natürliches
Sediment, keine kohäsiven Kräfte haben und damit allein die EPS der Bakterien verantwortlich
für die nachzuweisende Bindung ist. Eine ansteigende EPS-Konzentration erhöhte signifikant
die Stabilität des Substrates. Gerbersdorf erforschte in weiteren Arbeiten die Interaktionen
zwischen EPS produzierenden Mikroalgen und Bakterien und zeigte, dass deren Koexistenz nur
unter bestimmten Umweltbedingungen und in Abhängigkeit der Artenzusammensetzung zu
mehr Gesamt-EPS und damit zu besserer Biostabilisierungsleistung führte. Wichtig ist auch die
Zusammensetzung der EPS. Sie besteht aus einer Vielzahl von Verbindungen wie Zucker,
Proteine , Uronsäuren, Huminsäuren, Nukleinsäuren, Fetten und allen denkbaren
Kombinationen. Die qualitative Zusammensetzung und damit die Eigenschaften der EPS-Matrix
variieren mit dem produzierenden Organismus, seiner Physiologie und den
Umweltbedingungen wie Temperatur und Nährstoffe. Die Stuttgarter Wissenschaftlerin wies
nach, dass nicht wie bislang angenommen allein verschiedene Zucker eine Rolle in der
Anheftung spielen, sondern auch die Proteine und gerade die Interaktionen zwischen Zuckern
und Proteinen zu einer Verstärkung der Sedimentstabilität führen.
Die Stabilität von Sedimenten ist aus verschiedenen Gründen wichtig. In den 1970er Jahren
wurden organische Schadstoffe und Schwermetalle ungeklärt in Gewässer eingeleitet und
haben sich in den Sedimenten abgelagert. Seither sind diese hochgradig belastet. Die
Aufwirbelung der Sedimente und ihrer Schadstofffracht zum Beispiel durch Hochwasser ist ein
großes ökologisches und ökonomisches Problem. Zudem können stabile Sedimente länger der
attackierenden hydraulischen Kraft widerstehen. Dies ist besonders im Küstenschutz von
großer Bedeutung. Mit Sediment-Transport-Modellen wird versucht, Sedimenterosion, transport und -deposition vorherzusagen; doch diese berücksichtigen bisher keine biologische
Komponente. Deshalb beschäftigt sich Sabine Gerbersdorf in ihrer weiteren Forschung mit der
biologischen Beeinflussung des aufgewirbelten Sedimentmaterials ("Flocken") durch Bakterien
und Mikroalgen, um herauszufinden wie sich die Verkittung durch mikrobielle EPS auf den
Flockentransport und die Absedimentierung auswirkt.
Die Biologin Dr. Sabine Ulrike Gerbersdorf ist seit dem 1. September 2008 Habilitandin am
Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart. Die Habilitation wird finanziert durch das
Margarete von Wrangell-Stipendium zur Förderung von Frauen in der wissenschaftlichen
Karriere, vergeben vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes BadenWürttemberg.
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Pressemitteilung
07.04.2010
Quelle: Universität Stuttgart (23.03.10)
Weitere Informationen
Dr. Sabine U. Gerbersdorf
Institut für Wasserbau
Tel.: 0711/685-64739
E-Mail: sabine.gerbersdorf(at)iws.uni-stuttgart.de
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