Mikroorganismen auf Mineraloberflächen: Einfluss der Struktur und der kristallographischen Orientierung auf den mikrobiellen Angriff auf Pyrit und andere sulfidische Minerale
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der DFG‐Projekte ist es gelungen, synthetische Pyritkristalle definierter Zusammensetzung mit Hilfe der CVT‐Methode herzustellen. Dies ermöglichte Laugungsexperimente an definierten Oberflächen und ermöglichte es unter anderem, die Anheftung von Mikroorganismen an Oberflächen definierter Orientierung zu untersuchen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass besonders durch Archaeen an den Pyritoberflächen der Orientierung {111} und {210} symmetrische Ätzgruben in Form umgekehrter Pyramiden gebildet werden, ein Effekt, der bei den Bakterien weniger zu beobachten war. Die Form der Ätzgruben ist im Wesentlichen von der Orientierung der Oberfläche abhängig. Bei den Untersuchungen zu den S‐Layer Proteinen der vier untersuchten Organismen konnte für A. ferrooxidans SP5/1 ein 90 kDa Protein (SLP90) ermittelt werden, welches zudem in der Lage ist, Fe3+‐Ionen zu komplexieren. Sowohl der S‐Layer von A. ferrooxidans SP5/1 als auch von A. caldus HV2/2 besitzt eine p2‐Symmetrie mit beinahe identischer Gitterkonstante von etwa 16 nm. Beide Sulfolobales‐Arten besitzen einen S‐Layer mit p3‐Symmetrie, entsprechend den bisher beschriebenen Arten. Die Gitterkonstanten bewegen sich jeweils im Bereich von 20 bis 21 nm und die Masse des Proteins liegt im Fall von S. metallicus bei etwa 150 kDa. Im Fall von M. sedula weist das glykosylierte Protein eine Masse von ca. 170 kDa auf, im deglykosylierten Zustand entspricht die Masse dem theoretisch ermittelten Wert von 143 kDa, den man aus der Aminosäuresequenz berechnen konnte. Damit konnte dem Protein Msed_1806 die Funktion der großen S‐Layer Untereinheit und Msed_1807 die Funktion als kleine Untereinheit zugeschrieben werden. Zusätzlich wurde das Anheftungsverhalten verschiedener S. solfataricus Stämme an diverse Oberflächen wie Glas, Glimmer, Goldgrids und Pyrit untersucht. Die Wildtypstämme PBL2025 und P2 sind in der Lage, an den Oberflächen anzuheften. Das Erscheinungsbild ist jedoch sehr unterschiedlich. Ersterer zeigt lediglich dünne Zellanhänge, die auf Pili schließen lassen. Letzterer bildet auf Glimmer ein regelrechtes Netzwerk aus Zellanhängen und vermutlich auch „EPS“ (Exopolymere Substanz) aus. Den Mangelmutanten ΔFlaJ und ΔupsE fehlen Gene, um Flagellen bzw. eine ATPase, die essentiell für die Assemblierung der Pili sind, zu synthetisieren; sie zeigten keine Adhäsion an die beschriebenen Oberflächentypen, was die Wichtigkeit der Zellanhänge (Flagellen und Pili) bei der Anheftung unterstreicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007) Pyrite surface alteration of synthetic single crystals as effect of microbial activity and crystallographic orientation. Advanced Materials Research 20‐21, 350‐355
Etzel, K., Huber, H., Rachel, R., Schmalz, G., Thomm, M., Depmeier, W.
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(2008) Etching of {111} and {210} synthetic pyrite surfaces by two archaeal strains, Metallosphaera sedula and Sulfolobus metallicus. Hydrometallurgy 94: 116‐120
Etzel K., Klingl A., Huber H., Rachel R., Schmalz G., Thomm M., Depmeier W.
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(2009) Acidianus, Sulfolobus and Metallosphaera Surface Layers: Structure, Composition and Gene Expression. Molecular Microbiology 73: 58‐72
Veith A., Klingl A., Zolghadr B., Lauber K., Mentele R., Lottspeich F., Rachel R., Albers S.V., and Kletzin A.
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(2010) Appendage‐Mediated Surface Adherence of Sulfolobus solfataricus. Journal of Bacteriology 192: 104‐110
Zolghadr B., Klingl A., Koerdt A., Driessen A.J.M., Rachel R., and Albers S.‐V.
