Untersuchung der Eignung bakterieller Hüllproteine zur Reinigung uranhaltiger Wässer

In der vorliegenden Diplomarbeit sollte die Eignung bakterieller Hüllproteine zur Reinigung von uranhaltigen Wässern untersucht werden. Dazu wurden die drei Haldenisolate Bacillus sphaericus JG-A12, Bacillus sp. JG-B7 und Bacillus sp. JG-B12 sowie deren Referenzstämme B. sphaericus NCTC 9602, B. fusiformis DSM 2898 und B. mycoides DSM 2048 kultiviert und sowohl die pH- als auch die Urantoleranz der sechs Stämme untersucht. Dabei zeigte sich, dass das Paar JG-B12/B. mycoides DSM 2048 azidotoleranter als die beiden anderen Paare ist. Für keines der Isolate konnte beim pH-Wert, der dem ihres Isolationsortes entsprach, Wachstum festgestellt werden, da sie zum Zeitpunkt der Probennahme vermutlich größtenteils als Sporen im Haldenboden existierten. Die Urantoleranz wurde nur von zwei Paaren bestimmt. Im Falle des B. sphaericus-Paares wurde eine minimale inhibierende Urankonzentration von 15 mM ermittelt, für das Paar Bacillus sp. JG-B7/B. fusiformis DSM 2898 konnte dagegen keine bestimmt werden. Die Hüllproteine des Paares Bacillus sp. JG-B7/B. fusiformis DSM 2898 wurden isoliert und ihre Eigenschaften mit denen der Hüllproteine des B. sphaericus-Paares verglichen. Während die Hüllproteine beider B. sphaericus-Stämme eine tetragonale Symmetrie aufweisen, wurde für das Isolat JG-B7 eine schräge Symmetrie ermittelt. Bei B. fusiformis DSM reichten die erhaltenen Daten zur Bestimmung der Symmetrie nicht aus. In Hinblick auf mögliche funktionelle Gruppen zur Bindung von Metallen wurden posttranslationale Modifikationen der Hüllproteine untersucht. Alle vier Hüllproteine sind nicht glykosyliert, weisen aber einen Gehalt von ungefähr 1-2,5 mol Phosphat pro mol Hüllprotein auf.
Zur Bestimmung der uranbindenden Eigenschaften von intakten Bakterienzellen und isolierten Hüllproteinen wurden Bindungsversuche mit synthetischen Uranlösungen und natürlichen Heilwässern durchgeführt. Es konnte dabei ein entscheidender Einfluss des pH-Wertes nachgewiesen werden. Mit Ausnahme eines Falles wurden die höchsten Bindungskapazitäten aus synthetischen Lösungen bei pH 6 ermittelt. In Bindungsversuchen mit Hüllproteinen in Lösungen mit 10-4-10-6 M Uran zeigte sich, dass die prozentuale Uranentfernung mit sinkender Ausgangskonzentration zunahm und das Actinid bei 1 und 5 µM fast vollständig gebunden wurde. Die Bindung von Uran an die Hüllproteine der untersuchten Bacillus-Stämme ist daher eine spezifische Reaktion. Der Großteil dieser Bindung erfolgt über Carboxylgruppen, nur ein kleiner Teil des Urans ist an Phosphatgruppen gebunden. Aus natürlichen Heilwässern konnten nur die isolierten Hüllproteine Uran binden, intakte Zellen nicht. Es zeigte sich aber auch, dass die Uranbindung aus diesen Wässern durch eine Vielzahl von Ionen gehemmt wird. Unterschiede zwischen den uranbindenden Eigenschaften der Haldenisolate und ihren Referenzstämmen konnten nur für die Hüllproteine bei hohen Urankonzentrationen und leicht sauren pH-Werten festgestellt werden.
Die Untersuchungen dieser Arbeit führen letztendlich zu dem Schluss, dass die untersuchten Hüllproteine zwar grundsätzlich für die Reinigung uranhaltiger Wässer geeignet sind, ihre großtechnische Anwendung als Bestandteil von neuartigen Filtermaterialien auf Basis der erhaltenen Daten aber nicht sinnvoll erscheint.