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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

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 Baden-Württemberg.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/pm/bakterien-als-baumeister-sedimentstabilitaet-durch-bakterienausscheidungen