Mikrobe des Jahres - Kabel aus Bakterien - Kette von Candidatus Electronema-Zellen unter dem Epifluoreszenzmikroskop (Foto: Andreas Schramm, Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie)

Mikrobiologie

Stromleitendes Bakterium ist Mikrobe des Jahres 2024

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Anja Braun
Anja Braun, Reporterin und Redakteurin SWR Wissen aktuell. (Foto: SWR, Christian Koch)
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Leila Boucheligua

Das Kabelbakterium Electronema wird Mikrobe des Jahres 2024. Wie leiten die Bakterien Strom und wie weit ist der Weg noch bis zu ihrer Anwendung als Bio-Kabel?

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2024 trägt das Kabelbakterium Electronema den alljährlich von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) verliehenen Titel "Mikrobe des Jahres".

Die ersten mikrobiellen Ketten, also stromleitende Stränge aus Kabelbakterien, wurden vor 12 Jahren von Forschenden am schlammigen Grund von Gewässern entdeckt. Seit der Entdeckung dieser Kabelbakterien hoffen Forschende darauf, sie in Zukunft als biologisch abbaubare Stromkabel nutzen zu können.

Zehntausende Bakterien bilden Ketten

Kurze Stromkabel können die Mikroben bereits bilden. Genauer bis zu fünf Zentimeter lange Ketten aus Zehntausenden von Bakterienzellen. Die einzelnen Bakterien sind dabei durch stromleitende Proteinfasern in ihrer Zellhülle untereinander verbunden.

Wichtigster Vertreter der Mikrobe des Jahres Candidatus Electronema unter dem Transmissionselektronenmikroskop (Foto: Pia B. Jensen, Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie)
Der wichtigste Vertreter der Mikrobe des Jahres 2024 ist Candidatus Electronema. Eine einzelne Zelle misst im Durchmesser 1,2 µm. Die stromleitenden Fasern der Kabelbakterien befinden sich im sogenannten Periplasma, einem Raum zwischen der Zellmembran und der äußeren Membran der Bakterien.

Die Kettenform ermöglicht dem mehrzelligen Kabelkörper eine effiziente Arbeitsteilung. So können die Kabelbakterien dank ihrer Fähigkeit, Strom zu leiten, Elektronen vom Sediment, dem Ort der Oxidation, zum Sauerstoff an der Sedimentoberfläche fließen lassen.

Damit sind die Kabelbakterien die einzigen Organismen, die Sulfid in einer Zone verbrauchen können, wo es keinen Sauerstoff gibt. Sie können dadurch mikrobielle Aktivitäten stimulieren, die sonst nur mit Sauerstoff möglich sind. So finden sich Kabelbakterien häufig in Gewässern, die mit Kohlenwasserstoffen belastet sind – etwa nach einer Benzin- oder Ölverschmutzung.

Kabelbakterien beschleunigen Schadstoffabbau in Gewässern

Die Aktivität der Kabelbakterien kurbelt den natürlichen Schadstoffabbau deutlich an: Sie steigern beispielsweise den Abbau aromatischer Kohlenwasserstoffe oder organischer Stoffe wie Faulschlamm in den Sedimenten überdüngter Seen. Es gibt bereits Ideen, Kabelbakterien gezielt zur Wiederaufarbeitung kontaminierter Standorte zu nutzen. 

Zudem könnten Kabelbakterien dabei helfen, Treibhausgase zu verringern, zum Beispiel in überfluteten Reisfeldern. Versuche zeigten bereits, dass durch Ansiedelung des Kabelbakteriums Electronema im Wurzelbereich von Reispflanzen die Methanemissionen um über 90 Prozent verringert werden kann.

Wie genau sie das machen, ist noch nicht erforscht. Forschende vermuten, dass die Bakterien die Sauerstoffversorgung der Reiswurzel anzapfen, was ein ständiges Recycling von Sulfat im Boden ermöglicht und die Bildung von Methan verhindert.

Reisfeld in den USA (Foto: Vincent Scholz, Tillmann Lueders, Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie)
Aktuell findet auf einem Reisfeld in den USA ein Feldversuch mit den Mikroben statt, bei dem die Aktivität der Kabelbakterien stimuliert werden soll. Anhand von vier Messkammern wird dabei die Methanemissionen verschiedener Behandlungen verglichen.

Mikrobe als biologisch abbaubarer Stromleiter

Die größte Hoffnung liegt jedoch auf der Verwendung der Kabelbakterien als Bio-Kabel. Schließlich wird zur Zeit weltweit nur ein Fünftel der jährlich über 50 Millionen Tonnen Elektroschrott recycelt. Biologisch abbaubare Stromleiter könnten einen wichtigen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit leisten.

Die leitfähigen Strukturen der Kabelbakterien wurden bereits patentiert. Bis zu einer kommerziellen Umsetzung ist der Weg allerdings noch weit. Denn zunächst einmal müssen die Kabelbakterien im Labor vermehrt werden und das hat bisher noch nicht geklappt.

Die elektrische Leitfähigkeit der Kabelbakterien wird jedoch bereits praktisch genutzt. So verbindet die spanische Künstlerin Anna Pasco Bolta im Rahmen ihrer Kunstprojekte mithilfe der stromleitenden Electronema-Filamente Mikrofon und Verstärker miteinander.

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