Eisen Verkabelte Bakterien lassen Eisen rosten

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Eisen rostet nicht nur durch Kontakt mit Sauerstoff und Wasser. Das „Rosten“ von Eisen läuft nämlich auch durch Bakterien mithilfe stromleitender Proteinfäden (Pili) ab.

Bestimmte Bakterien können Eisen auch anaerob – also ohne Sauerstoff – zersetzen. Das Sedimentbakterium Geobacter etwa bedient sich dazu elektrisch leitender Proteinfäden, wie nun ein Forschungsteam herausgefunden hat, berichtet die Gesellschaft Deutscher Chemiker. Das oxidierte Eisen verstärke dann die Korrosion auch noch durch positive Rückkopplung, heißt es in der Studie, die in der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht wurde.

Bakterielle Biofilme sind also die Ursache für die sogenannte mikrobiell induzierte Korrosion, der als gefürchteter Metallfraß beschrieben wird, der ganze Rohrleitungen zerstören kann. Bei dieser biologisch induzierten Korrosionsart ist das oben genannte Bakterium beteiligt, das man in Flusssedimenten findet. Geobacter atmet nämlich keinen Luftsauerstoff, sondern bezieht seine Lebensenergie aus dem Abziehen von Elektronen aus Eisen, wobei Magnetit entsteht, ein natürliches Eisenmineral, wie es weiter heißt. Wie diese bakterielle Eisenkorrosion genau funktioniert, war bisher allerdings unklar.

Biokabel aus Proteinen machen Bakterien besonders hungrig

Wie die mikrobiell induzierte Korrosion bei Geobacter genau abläuft, haben nun Dake Xu und seine Teamkollegen von der Northeastern University in Shenyang (China) untersucht. Sie vermuteten, dass Proteinfäden (Pili), die aus Bakterien wachsen, dabei eine große Rolle spielen. Geobacter bildet sogenannte E-Pili, die aus leitfähigen Proteinen bestehen und wie biologische Kabel Strom zwischen den Bakterien leiten können. Bisher war jedoch nicht klar, ob diese E-Pili direkt aus Metalloberflächen Elektronen abziehen können.

Um den Verdacht einer direkten Stromanzapfung zu erhärten, ließen die Forscher zwei Geobacter-Stämme auf einer Edelstahloberfläche zu Biofilmen heranwachsen. Einer der beiden Stämme bildete leitende E-Pili aus, der andere hatte sie zwar auch, doch diese waren durch einen genetischen Eingriff weniger leitfähig. Die Forscher stellten fest, dass sich der E-Pili ausbildende Bakterienstamm auf der Stahlplatte deutlich wohler fühlte. Denn er wuchs besser und fraß tiefere Löcher ins Metall. Gleichzeitig konnte ein Korrosionsstrom gemessen werden, der die Oxidation von Eisen direkt anzeigte, wie betont wird.

Magnetitbildung führt Bakterien noch mehr Energie zu

Das Team zieht daraus den Schluss, dass die Bakterien mit den E-Pili eine Art „Stromanschluss“ an das Metall aufbauen. Durch elektrisch leitfähige Pili könnten sich demnach auch Bakterien mit Elektronen versorgen, die weiter außen im Biofilm sitzen und keinen direkten Kontakt zum Metall haben. Weil bei der Korrosion von Eisen auch Magnetit gebildet wird und dieses Mineral ebenfalls Strom leitet, untersuchte das Team auch dessen Einfluss auf die mikrobielle Korrosion. Man stellte fest, dass sich bei einer Zugabe von Magnetit zum Biofilm nicht nur das Wachstum von Geobacter verstärkte sondern auch ein stärkerer Korrosionsstrom an der Metalloberfläche floss. Die Entdeckung, dass das typische Korrosionsprodukt Magnetit die mikrobiell induzierte Korrosion fördert, habe erhebliche Auswirkungen auf den Korrosionsschutz der Zukunft. Die Forscher empfehlen deshalb, mit Blick auf möglichst korrosionsfreie Materialien deren Fähigkeit zur Magnetitbildung auch im Fokus zu haben.

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