Bestimme Ausscheidungen von Bakterien sorgen dafür, dass Sedimente „verklumpen“ und dadurch deutlich stabiler werden. Dies hat jetzt eine Stuttgarter Wissenschaftlerin in einer neuen Studie entdeckt.
Die Stabilität von Sedimenten ist aus verschiedenen Gründen wichtig. In den 1970er Jahren wurden organische Schadstoffe und Schwermetalle ungeklärt in Gewässer eingeleitet und haben sich in den Sedimenten abgelagert. Seither sind diese hochgradig belastet. Die Aufwirbelung der Sedimente und ihrer Schadstofffracht zum Beispiel durch Hochwasser ist ein großes ökologisches und ökonomisches Problem. Zudem können stabile Sedimente länger der attackierenden hydraulischen Kraft widerstehen, dies ist besonders im Küstenschutz von großer Bedeutung.
Vom Zersetzer zum Baumeister
Eigentlich gelten Bakterien neben Pilzen als klassische Abbauer von organischer Substanz. Doch scheiden Bakterien auch so genannte extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) aus, die die Mikroorganismen umgeben und verschiedene Funktionen erfüllen, beispielsweise beim Anheften, bei der Anreicherung von Nährstoffen oder dem Schutz vor Austrocknung und vor Schadstoffen.
Gerade die Fähigkeit der Bakterien zur starken Anheftung an Oberflächen wird in Bereichen wie der Zahnmedizin und der Biotechnologie gefürchtet. Gleichzeitig macht man sich die bindenden Eigenschaften der Polymere gerne in der Abwasserwirtschaft und der Industrie – als Zusatz in Kosmetika – zunutze.
Polymere als Stabilisatoren
Sabine Gerbersdorf vom Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart konnte nun nachweisen, dass Bakterien, genauso wie schon von Mikroalgen bekannt, durch Ausscheidung der Polymere für eine bessere Stabilität von Sedimenten sorgen. Als Substrat für die Bakterien wählte sie zunächst Glasperlen, weil diese, anders als natürliches Sediment, keine kohäsiven Kräfte haben und damit allein die EPS der Bakterien verantwortlich für die nachzuweisende Bindung ist. Eine ansteigende EPS-Konzentration erhöhte signifikant die Stabilität des Substrates.
Gerbersdorf erforschte anschließend die Interaktionen zwischen EPS produzierenden Mikroalgen und Bakterien und zeigte, dass deren Koexistenz nur unter bestimmten Umweltbedingungen und in Abhängigkeit der Artenzusammensetzung zu mehr Gesamt-EPS und damit zu besserer Biostabilisierungsleistung führte.
Zusammensetzung der EPS entscheidend
Wichtig ist nach Angaben der Forscherin auch die Zusammensetzung der EPS. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Verbindungen wie Zucker, Proteine, Uronsäuren, Huminsäuren, Nukleinsäuren, Fetten und allen denkbaren Kombinationen. Die qualitative Zusammensetzung und damit die Eigenschaften der EPS-Matrix variieren mit dem produzierenden Organismus, seiner Physiologie und den Umweltbedingungen wie Temperatur und Nährstoffe.
Die Stuttgarter Wissenschaftlerin konnte zeigen, dass nicht wie bislang angenommen allein verschiedene Zucker eine Rolle in der Anheftung spielen, sondern auch die Proteine und gerade die Interaktionen zwischen Zuckern und Eiweißen zu einer Verstärkung der Sedimentstabilität führen.
Sediment-Transport Modelle im Einsatz
Mit Sediment-Transport Modellen versuchen Forscher, Sedimenterosion, -transport und -deposition vorherzusagen. Doch diese berücksichtigen bisher keine biologische Komponente. Deshalb beschäftigt sich Gerbersdorf in ihrer weiteren Forschung mit der biologischen Beeinflussung des aufgewirbelten Sedimentmaterials – Flocken – durch Bakterien und Mikroalgen, um herauszufinden wie sich die Verkittung durch mikrobielle EPS auf den Flockentransport und die Absedimentierung auswirkt.
(idw – Universität Stuttgart, 24.03.2010 – DLO)
