Uranantwort von Bakterien und Pilzen

Um die hohen Bindungskapazitäten und schnelle Mutationsrate von Bakterien, aber auch die bekanntermaßen hohen Aufnahmekapazitäten von Pilzen als Modell zu nutzen, werden die generellen, molekularen Aufnahmesysteme für Uran und die Bindungsformen in der Zelle beispielhaft für Bakterien und Pilze mit ihrer guten Bearbeitbarkeit untersucht. Dazu werden Mikroorganismen verwendet, für die molekulare Werkzeuge und Genomsequenzen vorliegen. Stämme mit Schwermetallresistenz werden genutzt, um die hier besonders stark ausgeprägten Systeme zur Entgiftung von Schwermetallen und damit auch der schweren Radioisotope zu nutzen. Der Nachweis der Aufnahme in die Zelle erfolgt durch Analyse der einzelnen zellulären Fraktionen, die mit spektroskopischen und mikroskopischen Methoden auf die vorherrschenden, molekularen Bindungsformen hin untersucht werden. Dabei werden die Modellorganismen Arthrobacter sp. JG37-Iso2 und Streptomyces acidiscabies E13 als Bakterien sowie der Weißfäulepilz Schizophyllum commune genutzt. Die Genomsequenz von Schizophyllum konnte genutzt werden, um Gene zu annotieren, die mit der Uranaufnahme zusammenhängen könnten. Dies ist nur durch Experimente wirklich möglich, da bisher keine Urantransporter in Eukarya gefunden wurden. Wir haben daher Proteomanalysen und Transkriptomanalysen durchgeführt, um die Expression unter verschiedenen Bedingungen zu testen, in denen der Pilz auf uranhaltigen Medien wächst. In Mikroarrays zeigen sich eine hohe Anzahl unterschiedlich regulierter Gene, deren Funktion experimentell überprüft wird. Ergänzend dazu wurde die Wechselwirkung von Schizophyllum mit Uran auf molekularer und zellulärer Ebene untersucht. Dabei konnte eine dominierende Wechselwirkung von Uran mit organischen Phosphatverbindungen auf und in der Zelle nachgewiesen werden. Bei der Untersuchung der Arthrobacter-Referenzstämme stellte sich heraus, dass eine Zellsorption der angebotenen U(VI) Spezies der dominante Prozess ist. Fluoreszenzspektroskopische Untersuchungen ergaben deutliche Unterschiede zwischen den U(VI) Spezies in den mineralischen Ausgangsmedien (freies U(VI), Uranylhydroxide bzw.Uranylhydroxocarbonat) und der sich über Carboxyl- und organischen Phosphatgruppen bildenden U(VI)- Spezies an der Bakterienzelle. Es konnten von schwermetallhaltigen Arealen der ehemaligen Wismut Region Pilzfruchtkörper gewonnen werden, die extrem hohe Anreicherungsfaktoren für Uran und Cäsium zeigen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass aus Pilzen sowie Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien vom Standort lediglich 2 Isolate auf 50 μM Uranylacetat wachsen konnten. Diese beiden Stämme zeigten in der Laserablations-ICP-MS eine deutlich signifikante Urananreicherung im Bereich des Wachstums. Daneben wurden Streptomyces-Stämme auf ihre Resistenz gegenüber Uran getestet. Hier scheint sich ein anderer Mechanismus als bei Arthrobacter herauszustellen.