Goldmarie in Nanometergröße

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"Cupriavidus metallidurans" lässt reines Gold entstehen, allerdings viel weniger als dieser fingernagelgroße Nugget. Quelle: wrw/pixelio.de

13.10.2009  - 

"Nach Golde drängt, am Golde hängt doch alles", ließ Goethe die Forschernatur Faust erkennen. Nun haben Fausts zeitgenössische Kollegen entdeckt, dass auch Bakterien am Golde hängen. Nicht nur das, berichten Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität in Halle zusammen mit internationalen Kollegen im Fachblatt PNAS (Online-Veröffentlichung, 7. Oktober 2009): Die Mikroben namens Cupriavidus metallidurans wandeln giftige Verbindungen in reines Gold um und sind so offenbar daran beteiligt, dass im Boden Goldnuggets entstehen. Die Hallenser Mikrobiologen haben eine Reihe von Genen ausgemacht, die möglicherweise für die erstaunlichen Fähigkeiten. Das ist das Ende einer alten Überzeugung: Niemand dachte bisher, dass Lebewesen an der Bildung des Edelmetalls beteiligt sein könnten.

Wie Gold entsteht, diese Frage treibt schlaue Köpfe seit jeher um. Schon in der Spätantike begann die Suche nach dem Stein der Weisen, mit dessen Hilfe unedle Metalle in Gold und Silber verwandelt werden sollten. Erfolg war den Alchemisten nie beschieden. Vielleicht suchten sie auch in der falschen Ecke. Denn es gibt tatsächlich einen Vorgang, bei dem aus giftigen Verbindungen reines Gold entsteht. Doch ist er nicht in der anorganischen Chemie, sondern in der Biochemie zu finden. Bakterien schaffen das, woran die Menschheit bisher immer gescheitert ist.

Cupriavidus metallidurans wurde 1976 in Belgien entdeckt, in einem Senkbecken in der Zinkproduktion, das mit mehreren Schwermetallen kontaminiert war. Quelle: DOE Joint Genome Institute

Giftige Goldverbindungen werden zu reinem Edelmetall

Dass Cupriavidus metallidurans gut mit für andere Bakterien oft giftigen Metallgemischen umgehen kann, deutet schon der Name an. Doch als australische Wissenschaftlern die Bakterien auf zwei Goldnuggets fanden, die aus zwei 3500 Kilometer entfernenten Minen stammten, war klar, dass es eine besondere Beziehung zwischen dem gelben Metall und den kleinen Siedlern geben musste. Ein internationales Forscherteam mit Wissenschaftlern der Martin-Luther-Universität (MLU) in Halle und Kollegen aus den USA, Kanada, Belgien und aus Frankreich hat das Rätsel nun geknackt. Wie die Forscher im Fachmagazin Proceedings of the National Academy of Sciences (Online-Veröffentlichung, 7. Oktober 2009) berichten, sind die Bakterien tatsächlich an der Bildung von Gold beteiligt. Sie wandeln giftige Goldverbindungen mit biochemischen Methoden in reines Gold um.

"Und wir haben Gene identifiziert, die an dem Prozess beteiligt sein könnten", sagt Dietrich Nies vom Institut für Biologie an der MLU. Für Nies ist Cupriavidus metallidurans kein Unbekannter. Allerdings wurde das Bakterium in Halle bisher unter ganz anderen Gesichtspunkten untersucht. Die Fähigkeit der Mikrobe, giftige Schwermetallverbindungen zu "verdauen", hat Ähnlichkeiten mit den Tricks von Krankheitserregern, die resistent gegen Antibiotika werden. Mit seiner Arbeitsgruppe schaltete Nies nach und nach spezifische Schwermetall-Resistenzen aus und konnte so mehr über einen zentralen Mechanismus erfahren, der der Widerstandsfähigkeit der Mikrobe zugrunde liegt. Der Trick mit dem Gold war Nies bis vor kurzem aber ebenfalls unbekannt.

Bakterien der Gattung  Cupriavidus sind der erste Hinweis darauf, dass an der Goldbildung Lebewesen beteiligt sein könnten.  "Mineralien werden in der Natur ständig umgebaut, aus primären entstehen sekundäre - und aus sehr niedrig konzentrierten, aber toxischen Goldgemischen kann metallisches Gold werden", so Nies.

Neu entdeckte Gene sorgen für Umwandlung 

Zum ersten Mal beobachten konnten die Forscher diesen Vorgang im Labor. Die Mikroben reicherten giftige Goldverbindungen in ihrem Inneren an und starteten gleichzeitig einen Mechanismus, um die Verbindungen zu entgiften. Aus den 6000 Genen des Bakteriums isolierten die Wissenschaftler einige Dutzend, die immer dann aktiviert werden, wenn der Mikroorganismus in Kontakt mit Gold kommt. Einige der Gene sind schon aus anderen Organismen bekannt. Sie schützen das Bakterium vor aggressiven Sauerstoffverbindungen, wie sie in der metallischen Umgebung vorkommen. Die restlichen bisher unbekannten Erbanlagen sind offenbar auf die Verarbeitung der Goldverbindungen spezialisiert. Zusammen führen die beiden Gencluster und die daraus resultierenden Stoffwechselwege dazu, dass diese Komplexe zu winzig kleinen Tröpfchen aus reinem Gold umgewandelt werden.

Spürhund für Goldverbindungen im Boden

Reich wird Nies nun aber nicht, trotz des momentanen Höhenflugs des Goldpreises. Denn Cupriavidus metallidurans ist kein Massenproduzent. "Wenn so eine Bakterie einen halben Meter groß wäre, dann würde das Goldkörnchen so groß wie ein Tennisball sein", so Nies. Allerdings misst das Bakterium nur einige tausendstel Millimeter, das entstehende Goldkorn ist entsprechend winzig. Zu wenig für eine kommerzielle Nutzung. "Wir können natürlich jetzt nicht tonnenweise Gold herstellen", fügt der Forscher an. "Das wollen wir auch nicht, dann würde ja der Weltmarkt völlig zusammenbrechen."

Dennoch könnte die Bio-Mineralisation, also die Goldbildung durch den Einfluss von Bakterien laut Nies völlig neue Horizonte in der biotechnologischen Anwendung von Bakterien bedeuten. "Deren Vorkommen zeigt praktisch Goldverbindungen im Boden an. Nicht zufällig ist die australische Bergbauindustrie an dem Forschungsprojekt sehr interessiert", sagt er. Und vielleicht könnten die jetzt gewonnenen Erkenntnisse es einmal erlauben, mit dem Trick aus dem Arsenal der Bakterien Gold auch aus bisher nutzlosen goldarmen Lösungen zu gewinnen.