Untersuchung der Wechselwirkung von magnetotaktischen Bakterien mit Uran in wässrigen Systemen

Im Rahmen der Forschungsarbeiten zur Wechselwirkung von magnetotaktischen Bakterien mit Uran am Beispiel des Mikroogranismus Magnetospirillum magneticum AMB-1 konnte gezeigt werden, dass dieser ein interessantes Potential aufweist, Uranyl in wässrigen Systemen zu sorbieren. Es stellte sich heraus, dass unter den gegebenen Bedingungen, zwischen 80 und 95 % der Ausgangskonzentrationen, im Bereich von 0,1 mM, innerhalb von 25 Stunden sorbiert werden konnte. Den Daten ist zu entnehmen, dass die prozentuale Sorptionskapazität durch die Biomassekonzentration beeinflusst werden kann, mit dem Ergebnis, dass mehr Biomasse zu einer höheren Sorption führt und der Sorptionsprozess somit schneller vonstatten geht. Die Variation der Urankonzentration zeigt, dass auch Konzentrationen <0,1 mM Uran zu einem beträchtlichen Teil sorbiert werden können, allerdings im Bereich von 0,01 mM eine eher geringere Sorption stattfindet. Mit Variation des pH-Wertes konnte gezeigt werden, in welchen Bereichen die Bakterien während des Sorptionsprozesses relativ vital bleiben (pH 4,5-6,5) und welche Bereiche zu einem vermehrten Absterben führen (pH 3,5 und 7,5). Hierbei ist zu erwähnen, dass das vermehrte Absterben der Bakterien scheinbar keinen negativen Einfluss auf die Uransorption hat. Die Lokalisierung des Urans mithilfe von Transmissionselektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie zeigt, dass die Zellwand der gramnegativen Bakterien einen großen Teil des Urans sorbieren kann. Mithilfe der zeitaufgelösten Laser-induzierten Fluoreszenzspektroskopie in Kombination mit paralleler Faktoranalyse konnten insgesamt fünf U(VI)-Spezies an der Biomasse ausfindig gemacht werden, welche mit verschiedenen Liganden wechselwirken. Es war ebenfalls möglich, anhand der Daten zu zeigen, dass diese in Abhängigkeit von dem gewählten pH-Wert in den Stufen 3,5-7,5 variieren. Dies stellt ein interessantes Ergebnis dar, weil es verdeutlicht, dass der pH-Wert einen Einfluss auf die Verteilung des Urans in den Zellen haben kann und womöglich unterschiedliche Mechanismen für die Wechselwirkung mit dem Radionuklid verantwortlich sein können. Durch die Messung von ausgewählten Referenzproben, welche die U(VI)-Spezies genauer identifizieren sollten, war es möglich zu zeigen, dass drei der fünf Spezies eine Übereinstimmung mit Proben des Peptidoglycans aufweisen (Spezies 1, 2, 3). Somit konnte anhand der Ergebnisse gezeigt werden, dass es zu einer Bindung des U(VI) am Peptidoglycan des Bakteriums Magnetospirillum magneticum AMB-1 gekommen ist, was eine neuartige Erkenntnis darstellt. Des Weiteren deuten die Daten von weiteren gemessenen Referenzproben darauf hin, dass es zu keiner Bindung am Lipopolysaccharid oder Kohlenhydraten der o-spezifischen Seitenkette gekommen ist, da die erhaltenen U(VI)-Spektren dieser Referenzen keine Übereinstimmung mit den Biomasse assoziierten U(VI)-Spektren aufweisen.