Bakterium produziert Goldnuggets

Goldklümpchen am Zellrand: Eine kleine Mikrobe spielt eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Goldlagerstätten. Denn das Bakterium Cupriavidus metallidurans wandelt lösliche Goldverbindungen in feste Goldnuggets um – und das, ohne sich dabei zu vergiften. Wie Forscher herausgefunden haben, ermöglicht ein spezielles Enzym der Mikrobe, das Gold in die harmlosen Goldklümpchen zu überführen. Sie kann das Edelmetall so anreichern, ohne daran zugrundezugehen.

Das Edelmetall Gold ist begehrt – und rätselhaft. Denn bis heute ist nur in Teilen geklärt, warum Gold in der Erdkruste insgesamt zwar selten ist, es aber trotzdem an manchen Stellen große Erzlagerstätten gibt. Lange vermuten Forscher, dass diese Goldlagerstätten durch rein geologische Prozesse wie Erdbeben odergeochemische Reaktionen an heißen Quellen entstanden sind.

Inzwischen scheint jedoch klar, dass viele Goldvorkommen ihre Existenz noch anderen Akteuren verdanken: Mikroben. Indizien dafür lieferten vor einigen Jahren organische Ablagerungen in den Lagerstätten, die von urzeitlichen Bakterien stammen.

Mikrobieller Goldsammler

Doch auch heute noch gibt es Bakterien, die Schwermetalle abbauen und Gold anreichern können. Zu ihnen gehört Cupriavidus metallidurans. Dieses stäbchenförmige Bakterium lebt mit Vorliebe in Böden, die zahlreiche Schwermetalle enthalten – und damit Elemente, die normalerweise für Lebewesen hochgiftig sind. „Will ein Organismus hier überleben, muss er eine Möglichkeit finden, sich gegen diese Gifte zu schützen“, erklärt Dietrich Nies von der Martin-Luther-University Halle-Wittenberg.

Doch wie Cupriavidus metallidurans dies schafft, blieb bisher unklar. Bekannt war nur, dass die normalerweise toxische lösliche Gold- und Kupferverbindungen der Mikrobe offenbar nicht schaden. Warum das so ist und wie das Bakterium Gold anreichert, haben Nies und seine Kollegen jetzt aufgeklärt. Sie analysierten dafür den Stoffwechsel der Bakterien mit einer Kombination aus biochemischen und mikroanalytischen Methoden.

Eine Zelle von Cupriavidus metallidurans - deutlich sind im Außenbereich der Zelle die kompakten Goldnuggets zu erkennen. © American Society for Microbiology

Aus gelöstem Metall werden Nuggets

Das Ergebnis: Das Bakterium besitzt ein spezielles Enzym, das die hochgiftigen gelösten Kupfer- und Goldverbindungen in eine weniger toxische unlösliche Form umwandelt. „Dadurch gelangen weniger Kupfer- und Goldverbindungen in das Innere der Zelle, das Bakterium wird weniger vergiftet und es kann ungehindert überschüssiges Kupfer entsorgen“, erklärt Nies.

Das Spannende aber: Dieses Enzym führt auch zu einer Anreicherung des Goldes im Außenbereich der Bakterienzelle. Aus den gelösten Goldverbindungen entstehen dort im Laufe der Zeit viele kleine, unlösliche Goldnuggets. Für die Mikrobe hat dies den Vorteil, dass das Gold so harmlos und nicht mehr giftig ist. Gleichzeitig aber könnte dieser Prozess erklären, wie im Laufe langer Zeiträume ganze Lagerstätten von Gold im Untergrund entstanden sind.

Schöpfer des sekundären Goldes

Cupriavidus metallidurans und ähnliche Bakterien spielen demnach eine zentrale Rolle bei der Bildung von sogenanntem sekundären Gold, wie die Forscher erklären. Erst durch ihre Mithilfe werden die bei der Verwitterung von primären, geologischen Golderzen gebildeten löslichen Goldverbindungen wieder in eine feste, unlösliche Form überführt und im Untergrund angereichert.

Aber nicht nur das: Das Wissen um die chemischen Schritte bei dieser Goldumwandlung könnten auch dazu beitragen, die Goldgewinnung künftig umweltschonender zu machen. Denn bisher werden giftige Quecksilberverbindungen eingesetzt, um Gold auch aus Erzen mit einem nur geringen Goldanteil zu gewinnen. Möglicherweise könnten bakterielle Enzyme wie die von Cupriavidus metallidurans in Zukunft diese toxischen Extraktionsmittel ersetzen, so die Hoffnung der Wissenschaftler. (Metallomics, 2018; doi: 10.1039/c7mt00312a)

(Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, 01.02.2018 – NPO)