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Geobacter sulfurreducens Das Proteobakterium ist eine Geobacter Spezies die zur schwefelreduzierenden Gruppe der Ordnung

Geobacter sulfurreducens

Das Proteobakterium Geobacter sulfurreducens ist eine Geobacter-Spezies, die zur schwefelreduzierenden Gruppe der Ordnung Desulfuromonadales gehört.

Geobacter sulfurreducens

Geobacter sulfurreducens

Systematik
Wissenschaftlicher Name
Geobacter sulfurreducens
Caccavo et al. 1995

Beschreibung Bearbeiten

Die Bakterien sind gramnegative unbewegliche Stäbchen, die 2 bis 3 × 0,5 µm groß werden. Es werden keine Sporen gebildet. Die Zellen enthalten Cytochrom c und wachsen noch in Medien mit einer Salzkonzentration, die der Hälfte der von Meerwasser entspricht, also 1,75 %. Ihr Wachstumsoptimum liegt zwischen 30 und 35 °C.

Sie sind strikt anaerob und chemoorganotroph, das heißt, sie gewinnen ihre Energie aus organischen Stoffen. Sie oxidieren Acetat mit Eisen(III), Schwefel, Kobalt(III), Fumarat, oder Malat als Elektronenakzeptor. Auch Wasserstoff wird als Elektronendonor zur Eisen(III)reduzierung verwendet.

G. sulfurreducens ist das erste isolierte Bakterium, das die Oxidation von Acetat oder Wasserstoff an die Eisen(III)reduzierung koppelt.

Artabgrenzung Bearbeiten

Phylogenetisch ist G. sulfurreducens am nächsten mit Geobacter metallireducens verwandt. Beides sind metallreduzierende Bakterien, aber G. sulfurreducens kann im Vergleich dazu Mangan(IV) nicht reduzieren, kann dafür aber Wasserstoff als Elektronendonor nutzen. G. sulfurreducens kann auch keine Alkohole oder aromatische Verbindungen wie Phenole als Elektronendonoren verwenden.

Habitat Bearbeiten

G. sulfurreducens wurde aus Oberflächensedimenten eines Grabens in Norman (Oklahoma) isoliert, der mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt war. Acetat fungierte hierbei als Elektronendonor und dreiwertiges Eisen als Elektronenakzeptor [Eisenphosphat in Form von Eisen(III)-haltigem Diphosphat].

Historisches Bearbeiten

Die erste Isolation von Mikroben der späteren Gattung Geobacter erfolgte 1987 durch Derek Lovley aus Sedimenten des Potomac River. Die Gattung Geobacter wurde 1993 zusammen mit ihrer Typusart G. metallireducens durch Lovley et al. beschrieben und 1995 bestätigt. 1994 erfolgte durch Caccavo et al. eine Beschreibung von Geobacter sulfurreducens als neue Art, die ebenfalls 1995 bestätigt wurde.

Wissenschaftliche Anwendungen Bearbeiten

Geobacter sulfurreducens und seine mikrobiellen Nanodrähte

Eine Arbeitsgruppe um den amerikanischen Physiker Mark Tuominen hat 2011 nachgewiesen, dass ein dünner Film aus G. sulfurreducens eine elektrische Leitfähigkeit von ca. 0,5 S/m aufweist. Eine ähnliche elektrische Leitfähigkeit zeigen Nanofilamente, die man aus den Bakterien gewinnen kann. Die Leitfähigkeit des Materials bleibt dabei über mehrere Zentimeter erhalten und ähnelt damit den elektrischen Eigenschaften synthetischer metallischer Nanostrukturen. Die Wissenschaftler interpretierten ihre Befunde so, dass G. sulfurreducens Proteine produziert, die elektrischen Strom leiten, was große Bedeutung für den Bau von Elektronikbauteilen im Nanomaßstab haben könnte. 2020 entwickelten Forscher mit Hilfe der leitfähigen mikrobiellen Nanodrähten des Bakteriums einen Memristor, der bei elektrischen Spannungen von unter 100 mV funktioniert. Der Memristor erlaubt den Betrieb durch Aktionspotenziale von natürlichen Neuronen und kann Biosensor-Signale lokal verarbeiten. Die Technologie könnte für Gehirn-inspiriertes Computing und direkte Kommunikation mit biologischen Gehirnzellen eingesetzt werden.

Literatur Bearbeiten

  • F. Caccavo, D. J. Lonergan, D. R. Lovley, M. Davis, J. F. Stolz, M. J. McInerney: Geobacter sulfurreducens sp. nov., a hydrogen- and acetate-oxidizing dissimilatory metal-reducing microorganism. In: Applied and environmental microbiology. Band 60, Nummer 10, Oktober 1994, S. 3752–3759, PMID 7527204, PMC 201883 (freier Volltext).

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ F. Caccavo, D. J. Lonergan, D. R. Lovley, M. Davis, J. F. Stolz, M. J. McInerney: Geobacter sulfurreducens sp. nov., a hydrogen- and acetate-oxidizing dissimilatory metal-reducing microorganism. In: Applied and environmental microbiology. Band 60, Nummer 10, Oktober 1994, S. 3752–3759, PMID 7527204, PMC 201883 (freier Volltext).
  2. Derek R. Lovley, John F. Stolz, Gordon L. Nord, Elizabeth J. P. Phillips: Anaerobic production of magnetite by a dissimilatory iron-reducing microorganism. In: Nature. 330, 1987, S. 252, doi:10.1038/330252a0.
  3. D. R. Lovley, S. J. Giovannoni, D. C. White, J. E. Champine, E. J. Phillips, Y. A. Gorby, S. Goodwin: Geobacter metallireducens gen. nov. sp. nov., a microorganism capable of coupling the complete oxidation of organic compounds to the reduction of iron and other metals. In: Archives of microbiology. Band 159, Nummer 4, 1993, S. 336–344, PMID 8387263.
  4. ↑ IUMS: Validation of the Publication of New Names and New Combinations Previously Effectively Published Outside the IJSB: List No. 54. In: International Journal of Systematic Bacteriology. 45, 1995, S. 619, doi:10.1099/00207713-45-3-619.
  5. Malvankar NS, Vargas M, Nevin KP, Franks AE, Leang C, Kim BC, Inoue K, Mester T, Covalla SF, Johnson JP, Rotello VM, Tuominen MT, Lovley DR: Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks. In: Nat Nanotechnol. Vom 7. August 2011. doi:10.1038/nnano.2011.119. PMID 21822253
  6. Scientists create tiny devices that work like the human brain In: The Independent, 20. April 2020. Abgerufen am 17. Mai 2020. (englisch) 
  7. Researchers unveil electronics that mimic the human brain in efficient learning In: phys.org. Abgerufen am 17. Mai 2020. (englisch) 
  8. Tianda Fu, Xiaomeng Liu, Hongyan Gao, Joy E. Ward, Xiaorong Liu, Bing Yin, Zhongrui Wang, Ye Zhuo, David J. F. Walker, J. Joshua Yang, Jianhan Chen, Derek R. Lovley, Jun Yao: Bioinspired bio-voltage memristors. In: Nature Communications. 11. Jahrgang, Nr. 1, 20. April 2020, S. 1861, doi:10.1038/s41467-020-15759-y, PMID 32313096, PMC 7171104 (freier Volltext), bibcode:2020NatCo..11.1861F.

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Das Proteobakterium Geobacter sulfurreducens ist eine Geobacter Spezies die zur schwefelreduzierenden Gruppe der Ordnung Desulfuromonadales gehort Geobacter sulfurreducensGeobacter sulfurreducensSystematikAbteilung ProteobacteriaKlasse DeltaproteobacteriaOrdnung DesulfuromonadalesFamilie GeobacteraceaeGattung GeobacterArt Geobacter sulfurreducensWissenschaftlicher NameGeobacter sulfurreducensCaccavo et al 1995 Inhaltsverzeichnis 1 Beschreibung 1 1 Artabgrenzung 2 Habitat 3 Historisches 4 Wissenschaftliche Anwendungen 5 Literatur 6 Weblinks 7 Einzelnachweise 8 WeblinksBeschreibung BearbeitenDie Bakterien sind gramnegative unbewegliche Stabchen die 2 bis 3 0 5 µm gross werden Es werden keine Sporen gebildet Die Zellen enthalten Cytochrom c und wachsen noch in Medien mit einer Salzkonzentration die der Halfte der von Meerwasser entspricht also 1 75 Ihr Wachstumsoptimum liegt zwischen 30 und 35 C Sie sind strikt anaerob und chemoorganotroph das heisst sie gewinnen ihre Energie aus organischen Stoffen Sie oxidieren Acetat mit Eisen III Schwefel Kobalt III Fumarat oder Malat als Elektronenakzeptor Auch Wasserstoff wird als Elektronendonor zur Eisen III reduzierung verwendet G sulfurreducens ist das erste isolierte Bakterium das die Oxidation von Acetat oder Wasserstoff an die Eisen III reduzierung koppelt Artabgrenzung Bearbeiten Phylogenetisch ist G sulfurreducens am nachsten mit Geobacter metallireducens verwandt Beides sind metallreduzierende Bakterien aber G sulfurreducens kann im Vergleich dazu Mangan IV nicht reduzieren kann dafur aber Wasserstoff als Elektronendonor nutzen G sulfurreducens kann auch keine Alkohole oder aromatische Verbindungen wie Phenole als Elektronendonoren verwenden Habitat BearbeitenG sulfurreducens wurde aus Oberflachensedimenten eines Grabens in Norman Oklahoma isoliert der mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt war 1 Acetat fungierte hierbei als Elektronendonor und dreiwertiges Eisen als Elektronenakzeptor Eisenphosphat in Form von Eisen III haltigem Diphosphat Historisches BearbeitenDie erste Isolation von Mikroben der spateren Gattung Geobacter erfolgte 1987 durch Derek Lovley aus Sedimenten des Potomac River 2 Die Gattung Geobacter wurde 1993 zusammen mit ihrer Typusart G metallireducens durch Lovley et al beschrieben 3 und 1995 bestatigt 4 1994 erfolgte durch Caccavo et al eine Beschreibung von Geobacter sulfurreducens als neue Art 1 die ebenfalls 1995 bestatigt wurde 4 Wissenschaftliche Anwendungen Bearbeiten nbsp Geobacter sulfurreducens und seine mikrobiellen NanodrahteEine Arbeitsgruppe um den amerikanischen Physiker Mark Tuominen hat 2011 nachgewiesen dass ein dunner Film aus G sulfurreducens eine elektrische Leitfahigkeit von ca 0 5 S m aufweist 5 Eine ahnliche elektrische Leitfahigkeit zeigen Nanofilamente die man aus den Bakterien gewinnen kann Die Leitfahigkeit des Materials bleibt dabei uber mehrere Zentimeter erhalten und ahnelt damit den elektrischen Eigenschaften synthetischer metallischer Nanostrukturen Die Wissenschaftler interpretierten ihre Befunde so dass G sulfurreducens Proteine produziert die elektrischen Strom leiten was grosse Bedeutung fur den Bau von Elektronikbauteilen im Nanomassstab haben konnte 2020 entwickelten Forscher mit Hilfe der leitfahigen mikrobiellen Nanodrahten des Bakteriums einen Memristor der bei elektrischen Spannungen von unter 100 mV funktioniert Der Memristor erlaubt den Betrieb durch Aktionspotenziale von naturlichen Neuronen und kann Biosensor Signale lokal verarbeiten Die Technologie konnte fur Gehirn inspiriertes Computing und direkte Kommunikation mit biologischen Gehirnzellen eingesetzt werden 6 7 8 Literatur BearbeitenF Caccavo D J Lonergan D R Lovley M Davis J F Stolz M J McInerney Geobacter sulfurreducens sp nov a hydrogen and acetate oxidizing dissimilatory metal reducing microorganism In Applied and environmental microbiology Band 60 Nummer 10 Oktober 1994 S 3752 3759 PMID 7527204 PMC 201883 freier Volltext Weblinks BearbeitenMikrobe baut stromleitende Proteinnetze Bakterienfaden erweisen sich als ahnlich gute Elektronenubertrager wie Metalle Auf scinexx de vom 8 August 2011 Einzelnachweise Bearbeiten a b F Caccavo D J Lonergan D R Lovley M Davis J F Stolz M J McInerney Geobacter sulfurreducens sp nov a hydrogen and acetate oxidizing dissimilatory metal reducing microorganism In Applied and environmental microbiology Band 60 Nummer 10 Oktober 1994 S 3752 3759 PMID 7527204 PMC 201883 freier Volltext Derek R Lovley John F Stolz Gordon L Nord Elizabeth J P Phillips Anaerobic production of magnetite by a dissimilatory iron reducing microorganism In Nature 330 1987 S 252 doi 10 1038 330252a0 D R Lovley S J Giovannoni D C White J E Champine E J Phillips Y A Gorby S Goodwin Geobacter metallireducens gen nov sp nov a microorganism capable of coupling the complete oxidation of organic compounds to the reduction of iron and other metals In Archives of microbiology Band 159 Nummer 4 1993 S 336 344 PMID 8387263 a b IUMS Validation of the Publication of New Names and New Combinations Previously Effectively Published Outside the IJSB List No 54 In International Journal of Systematic Bacteriology 45 1995 S 619 doi 10 1099 00207713 45 3 619 Malvankar NS Vargas M Nevin KP Franks AE Leang C Kim BC Inoue K Mester T Covalla SF Johnson JP Rotello VM Tuominen MT Lovley DR Tunable metallic like conductivity in microbial nanowire networks In Nat Nanotechnol Vom 7 August 2011 doi 10 1038 nnano 2011 119 PMID 21822253 Scientists create tiny devices that work like the human brain In The Independent 20 April 2020 Abgerufen am 17 Mai 2020 englisch Researchers unveil electronics that mimic the human brain in efficient learning In phys org Abgerufen am 17 Mai 2020 englisch Tianda Fu Xiaomeng Liu Hongyan Gao Joy E Ward Xiaorong Liu Bing Yin Zhongrui Wang Ye Zhuo David J F Walker J Joshua Yang Jianhan Chen Derek R Lovley Jun Yao Bioinspired bio voltage memristors In Nature Communications 11 Jahrgang Nr 1 20 April 2020 S 1861 doi 10 1038 s41467 020 15759 y PMID 32313096 PMC 7171104 freier Volltext bibcode 2020NatCo 11 1861F Weblinks BearbeitenPersonen Mark Tuominen Derek Lovley Datenbanken LPSN Stichwort Geobacter http www bacterio net geobacter html NCBI Taxonomy browser Stichwort Geobacter sulfurreducens https www ncbi nlm nih gov Taxonomy Browser wwwtax cgi id 35554 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Geobacter sulfurreducens amp oldid 222316104