Ein Siedepunkt von 5900 Grad Celsius und eine diamantähnliche Härte in Kombination mit Kohlenstoff:Wolframist das schwerste Metall und hat dennoch biologische Funktionen – insbesondere bei wärmeliebenden Mikroorganismen. Ein Team um Tetyana Milojevic von der Fakultät für Chemie der Universität Wien berichtet erstmals über seltene mikrobielle-WolframWechselwirkungen im Nanometerbereich. Basierend auf diesen Erkenntnissen, nicht nurWolframBiogeochemie, aber auch die Überlebensfähigkeit von Mikroorganismen unter Weltraumbedingungen können untersucht werden. Die Ergebnisse erschienen kürzlich in der FachzeitschriftGrenzen in der Mikrobiologie.

Als hartes und seltenes MetallWolframMit seinen außergewöhnlichen Eigenschaften und dem höchsten Schmelzpunkt aller Metalle ist es eine sehr unwahrscheinliche Wahl für ein biologisches System. Nur wenige Mikroorganismen, etwa thermophile Archaeen oder zellkernfreie Mikroorganismen, haben sich an die extremen Bedingungen einer Wolframumgebung angepasst und einen Weg gefunden, sich zu assimilierenWolfram. Zwei aktuelle Studien der Biochemikerin und Astrobiologin Tetyana Milojevic vom Institut für Biophysikalische Chemie der Fakultät für Chemie der Universität Wien werfen Licht auf die mögliche Rolle von Mikroorganismen in aWolfram-angereicherte Umgebung und beschreiben eine NanoskalaWolfram-Mikrobielle Schnittstelle des extrem hitze- und säureliebenden Mikroorganismus Metallosphaera sedula, mit dem gezüchtet wirdWolframVerbindungen (Abbildungen 1, 2). Es ist auch dieser Mikroorganismus, der in zukünftigen Studien im Weltraum auf seine Überlebensfähigkeit bei interstellaren Reisen getestet wird.Wolframkönnte dabei ein wesentlicher Faktor sein.

AusWolframPolyoxometallate als lebenserhaltende anorganische Gerüste für die mikrobielle Bioverarbeitung vonWolframerze

Ähnlich wie Eisensulfid-Mineralzellen gelten künstliche Polyoxometallate (POMs) als anorganische Zellen, die vor dem Leben chemische Prozesse ermöglichen und „lebensähnliche“ Eigenschaften aufweisen. Die Relevanz von POMs für lebenserhaltende Prozesse (z. B. mikrobielle Atmung) wurde jedoch noch nicht untersucht. „Am Beispiel von Metallosphaera sedula, das in heißer Säure wächst und durch Metalloxidation atmet, haben wir untersucht, ob komplexe anorganische Systeme auf Basis von Wolfram-POM-Clustern das Wachstum von M. sedula aufrechterhalten und Zellproliferation und -teilung erzeugen können“, sagt Milojevic.

Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Verwendung vonWolfram-basierte anorganische POM-Cluster ermöglichen den Einbau heterogenerWolframRedoxspezies in mikrobielle Zellen. Die metallorganischen Ablagerungen an der Grenzfläche zwischen M. sedula und W-POM konnten in fruchtbarer Zusammenarbeit mit dem Österreichischen Zentrum für Elektronenmikroskopie und Nanoanalyse (FELMI-ZFE, Graz) bis in den Nanometerbereich aufgelöst werden.“ „Unsere Ergebnisse ergänzen mit Wolfram verkrustete M. sedula zu den wachsenden Aufzeichnungen biomineralisierter mikrobieller Arten, unter denen Archaeen selten vertreten sind“, sagte Milojevic. Die Biotransformation vonWolframmineralScheelit, durchgeführt durch den extrem thermoacidophilen M. sedula, führt zum Aufbrechen der Scheelitstruktur und anschließender SolubilisierungWolfram, UndWolframMineralisierung der mikrobiellen Zelloberfläche (Abbildung 3). Das BiogeneWolframcarbid-ähnliche Nanostrukturen, die in der Studie beschrieben werden, stellen ein potenziell nachhaltiges Nanomaterial dar, das durch das umweltfreundliche mikrobiell unterstützte Design gewonnen wird.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich M. sedula bildetWolfram-tragende mineralisierte Zelloberfläche durch Verkrustung mitWolframcarbid-ähnlichVerbindungen“, erklärt der Biochemiker Milojevic. DasWolframDie verkrustete Schicht, die sich um die Zellen von M. sedula bildet, könnte sehr wohl eine mikrobielle Strategie darstellen, um rauen Umweltbedingungen, beispielsweise während einer interplanetaren Reise, standzuhalten.WolframDie Kapselung kann als wirkungsvoller Strahlenschutz gegen raue Umgebungsbedingungen dienen. „Die mikrobielle Wolframpanzerung ermöglicht es uns, die Überlebensfähigkeit dieses Mikroorganismus im Weltraum weiter zu untersuchen“, schließt Milojevic.