Im Zuge der aktuellen Klimadebatte widmen Wissenschaftler Elektromikroben verstärkt ihre Aufmerksamkeit. Die Elektrobakterien sind in der Lage, Elektronen, also Strom, zu erzeugen und weiterzuleiten. Der diesjährige BIOMOD (Biomolecular Design) in San Francisco, ein weltweiter Wettbewerb für Studierende, setzte den Impuls für ein interdisziplinäres Team der TU Berlin mit diesem Wissen zu arbeiten: „Unser Ziel ist eine biologische Batterie“, so Franziska Graeger, Masterstudentin der Biologischen Chemie an der TU Berlin und Mitglied im Team Smart B.O.B. (Smart Biologically Optimized Battery).
Bei manchen Sprüngen von Elektronen von einem auf das andere Molekül wird innerhalb der Zelle Energie freigesetzt. Bakterien, die auf diese Weise Elektronen an ihre Umgebung abgeben, sind Wissenschaftlern bereits bekannt. Das Team von Smart B.O.B. nutzt verschiedene Bakterienarten, kombiniert diese miteinander und verbindet damit auch ihre verschiedenen Fähigkeiten. „Das Bakterium Shewanella besitzt ein spezielles Proteinkonstrukt in seiner Membran, um Elektronen gezielt an Eisen oder Mangan in der Umgebung abzugeben. Unser erster Schritt ist es, dieses Protein gentechnisch in Cyanobakterien einzubringen“, so Graeger.
Bei Cyanobakterien handelt es sich um eine Art Schnittstelle zwischen Bakterien und Pflanzen. Da sie autotroph sind, können sie aus dem Kohlendioxid der Atmosphäre mithilfe von Sonnenlicht Glukose und Sauerstoff erzeugen. „Wenn es uns gelingt, den Proteinkomplex aus Shewanella in die Cyanobakterien zu bringen, könnten diese Proteine gezielt die Elektronen aus der Photosynthese übernehmen und nach außen an eine Elektrode abgeben. So könnte ein Stromfluss erzeugt werden“, erläutert die Biochemikerin die Pläne der Gruppe.
In einem Experiment zeigen die Wissenschaftler der TU Berlin, dass sich Bodenbakterien bereits von freien Elektronen auffangen lassen, wenn auch in geringem Umfang. Hierfür setzen sie eine kleine Lampe auf eine mit Erde bedeckte Glasfläche. Spezielle Elektroden nehmen die Elektronen der Bodenbakterien in der Erde auf und leiten diese an die Lampe weiter. „Dabei wird natürlich nur wenig Strom aufgefangen, so können wir damit nur eine kleine Lampe betreiben. Unser Ziel ist es, möglichst viele Proteinkomplexe aus Shewanella in die Cyanobakterien zu klonieren, damit deutlich mehr Strom fließt“, erläutert Franziska Graeger.
