Electron shuttling

Mechanismus der mikrobiellen Elektronenübertragung durch Huminstoffe auf Eisen(III) Minerale

01.12.2015 bis 01.11.2018

Huminstoffe (HS) sind redoxaktive organische Bestandteile natürlicher Böden und Sedimente. Sie können von einer Vielzahl von Mikroorganismen aus verschiedenen physiologischen Gruppen reduziert werden, unter anderem von Fe(III)-Reduzierern, aber auch von einigen Sulfatreduzierern, Methanogenen und gärenden Mikroorganismen. Reduzierte HS können unterschiedliche Redoxreaktionen eingehen, unter anderem können sie Elektronen auf Fe(III)-(Oxyhydr)Oxid Minerale übertragen. Es konnte bereits gezeigt werden, dass dieses sogenannte Elektronenshuttling durch HS die mikrobielle Fe(III)-Reduktion stimuliert, indem es die Reduktionsraten erhöht und einige schwer zugängliche Fe(III)-Phasen verfügbar macht. Trotz intensiver Forschung gibt es noch zahlreiche offene Fragen in Bezug auf den Mechanismus des Elektronenshuttling. Zum Beispiel ist unklar, in wieweit gängige Extraktions- und Aufreinigungsverfahren für Huminstoffe ihre Redoxaktivität und dadurch das Elektronenshuttling durch HS beeinflussen, über welche räumliche Distanzen Elektronenshuttling durch Huminstoffe möglich ist und welcher Mechanismus der Elektronenübertragung von Mikroorganismen auf Fe(III)-Minerale über räumliche Distanzen zugrunde liegt, d.h. entweder Diffusion der Elektronenshuttles oder eine Übertragung von Elektronen über eine Sequenz von Elektronenshuttles („Electron Hopping“). Zur Beantwortung dieser Fragen schlagen wir eine Reihe von Eisen(III)-Mineral-Reduktionsexperimenten mit dem Metall-reduzierenden Bakterium Shewanella oneidensis vor, in Anwesenheit verschieden hergestellter organischer Bodenextrakte und in Ansätzen mit räumlich getrennten Zellen und Fe(III)-Mineralen. Die Ergebnisse dieser Experimente werden es ermöglichen, die Redoxaktivität von Huminstoffen und die Mechanismen des Elektronenshuttling innerhalb des komplexen Netzwerks der biogeochemischen Prozesse in der Natur besser zu verstehen.