Biofilme an Anoden und Extrazelluläre Polymere Substanzen

Bioelektrochemische Systeme (BES) sind Systeme, bei denen Mikroorganismen oder Enzyme mit Elektroden Elektronen austauschen. Die Mikroorganismen dienen dabei als Katalysatoren für elektrochemische Oxidations- oder Reduktionsreaktionen.

Ein Einsatzgebiet von bioelektrochemischen Systemen stellen mikrobielle Brennstoffzellen (engl. microbial fuel cell MFC) dar. In MFC oxidieren elektroaktive Mikroorganismen (organische) Substrate und geben dabei die Elektronen an eine Anode ab. So können mit Hilfe elektroaktiver Mikroorganismen als Katalysator zum Beispiel Abwässer gereinigt werden. Ein Teil der in den Abwässern enthaltenen (chemischen) Energie kann dabei in elektrische Energie umgewandelt werden.

In der Regel besiedeln Mikroorganismen in MFC die Anodenoberfläche in
Form von Biofilmen. Die Bakterien stehen somit in physischem Kontakt mit
der Elektrode und können Elektronen auf die Elektrode abgeben.

In einer neuen Veröffentlichung konnten Wissenschaftler des DFI jetzt zeigen, dass die Kultivierung des Mikroorganismus Geobacter sulfurreducens unter elektroaktiven Bedingungen in einer MFC einen starken Einfluss auf die Biofilmbildung hat. Es konnte beobachtet werden, dass die in mikrobiellen Brennstoffzellen kultivierten Bakterien bei der Besiedlung der Anode wesentlich mehr extrazelluläre polymere Substanzen (hauptsächlich Proteine) produzieren als unter nicht elektroaktiven Bedingungen. Es wird vermutet, dass die erhöhte Produktion der Proteine mit dem extrazellulären Elektronentransfer (Abgabe der Elektronen an die Anode) des Modellorganismus zusammenhängt.

Die gewonnenen Ergebnisse können einen Beitrag zum tieferen Verständnis von BES und der Aufklärung von Elektronentransfermechanismen an der Anode leisten. Darüber hinaus bilden die Erkenntnisse eine Grundlage, um auch die Interaktionen von Mikroorganismen mit der Kathode im Bereich der mikrobiellen Elektrosynthesen besser zu verstehen.

Dr. Markus Stöckl