{"id":74902,"date":"2020-05-20T06:45:35","date_gmt":"2020-05-20T04:45:35","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fmikrobielle-cyborgs-bakterien-als-stromlieferanten.html"},"modified":"2020-05-20T08:12:36","modified_gmt":"2020-05-20T06:12:36","slug":"mikrobielle-cyborgs-bakterien-als-stromlieferanten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mikrobielle-cyborgs-bakterien-als-stromlieferanten\/","title":{"rendered":"Mikrobielle Cyborgs: Bakterien als Stromlieferanten"},"content":{"rendered":"

Noch bestehen elektronische Ger\u00e4te aus unbelebten Materialien. Eines Tages k\u00f6nnten jedoch \u201emikrobielle Cyborgs\u201c in Brennstoffzellen, Biosensoren oder Bioreaktoren n\u00fctzlich sein. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologe (KIT) haben hierzu die Voraussetzung geschaffen, indem sie ein programmierbares, biohybrides System entwickelten, das aus einem Nanokomposit-Material und dem Elektronen produzierenden Bakterium Shewanella oneidensis<\/em> besteht. Das Material dient als St\u00fctzger\u00fcst f\u00fcr die Bakterien und leitet zugleich den mikrobiell erzeugten Strom. \u00dcber seine Ergebnisse berichtet das Forschungsteam in der Zeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces (DOI 10.1021\/acsami.9b22116<\/a>).<\/strong><\/p>\n

\"Die
Die Bakterien (gr\u00fcn) sind in einem Kompositmaterial aus Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen (grau) und Kiesels\u00e4ure-Nanopartikeln (lila) verwoben mit DNA (blau) eingebettet. (Grafik: Niemeyer-Lab, KIT)<\/figcaption><\/figure>\n

Das Bakterium Shewanella oneidensis<\/em> geh\u00f6rt zu den sogenannten exoelektrogenen Bakterien. Diese k\u00f6nnen zelim Stoffwechselprozess Elektronen erzeugen und zur Au\u00dfenseite der Zelle transportieren. Der Versuch, diese Elektrizit\u00e4t nutzbar zu machen, war jedoch immer durch eine eingeschr\u00e4nkte Interaktion der Organismen mit der Elektrode begrenzt. Im Unterschied zu herk\u00f6mmlichen Batterien muss das Material bei dieser \u201eBiobatterie\u201c nicht nur die Elektronen zu einer Elektrode leiten, sondern zugleich m\u00f6glichst viele Bakterien optimal mit der Elektrode verbinden. Bislang waren jedoch leitende Materialien, in die Bakterien eingebettet werden k\u00f6nnen, entweder ineffizient oder es fehlte die M\u00f6glichkeit, den elektrischen Strom zu steuern. Dem Team um Professor Christof M. Niemeyer gelang es nun, ein Nanokomposit-Material zu entwickeln, welches das Wachstum von exoelektrogenen Bakterien unterst\u00fctzt und zugleich den Strom kontrolliert leitet.<\/p>\n

\u201eWir haben dazu ein por\u00f6ses Hydrogel hergestellt, das aus Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen und Kiesels\u00e4ure-Nanopartikeln besteht. Diese sind durch DNA-Str\u00e4nge miteinander verwoben\u201c, erl\u00e4utert Niemeyer. Dem Ger\u00fcst f\u00fcgte die Arbeitsgruppe das Bakterium Shewanella oneidensis sowie ein fl\u00fcssiges N\u00e4hrmedium zu. Die Kombination aus verschiedenen Materialien und Mikroben funktionierte: \u201eDie Kultivierung von Shewanella oneidensis<\/em> in den leitf\u00e4higen Materialien zeigt, dass die exoelektrogenen Bakterien das Ger\u00fcst besiedeln, w\u00e4hrend andere Bakterien, wie zum Beispiel Escherichia coli<\/em>, nur auf der Oberfl\u00e4che der Matrix bleiben\u201c, erl\u00e4utert der Mikrobiologe Professor Johannes Gescher. Dar\u00fcber hinaus konnte das Forschungsteam belegen, dass der Elektronenfluss zunahm, je mehr Bakterienzellen die leitf\u00e4hige, synthetische Matrix besiedelten. Dieser biohybride Verbund blieb mehrere Tage lang stabil und zeigte elektrochemische Aktivit\u00e4t, ein Beleg, dass das Verbundmaterial die von den Bakterien produzierten Elektronen effizient zu einer Elektrode leiten kann.<\/p>\n

Neben der Leitf\u00e4higkeit ben\u00f6tigt ein solches System auch die M\u00f6glichkeit, den Prozess zu steuern. Auch dies gelang im Experiment: Um den Strom abzuschalten, f\u00fcgten die Forschenden ein Enzym hinzu, das DNA-Str\u00e4nge zerschneidet, wodurch das Verbundmaterial zerlegt wurde.<\/p>\n

\u201eNach unserer Kenntnis ist es bisher das erste Mal, dass ein solch komplexes und funktionelles biohybrides Material beschrieben wurde. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass m\u00f6gliche Anwendungen solcher Materialien sogar \u00fcber mikrobielle Biosensoren, Bioreaktoren und Brennstoffzellensysteme hinausgehen k\u00f6nnten\u201c, unterstreicht Niemeyer.<\/p>\n

<\/h3>\n

Originalpublikation<\/h3>\n

Yong Hu, David Rehnlund, Edina Klein, Johannes Gescher, Christof M. Niemeyer: \u201eCultivation of Exoelectrogenic Bacteria in Conductive DNA Nanocomposite Hydrogels Yields a Programmable Biohybrid Materials System\u201d. ACS Applied Materials & Interfaces, DOI 10.1021\/acsami.9b22116<\/a><\/p>\n

Details zum KIT-Zentrum Materialforschung: www.materials.kit.edu\/index.php<\/a>\u00a0 (in englischer Sprache)<\/p>\n

 <\/p>\n

Weitere Materialien:<\/h3>\n

Zur Ver\u00f6ffentlichung in ACS Applied Materials & Interfaces: https:\/\/pubs.acs.org\/doi\/10.1021\/acsami.9b22116<\/a><\/p>\n

<\/h3>\n

\u00dcber das KIT<\/h3>\n

Als \u201eDie Forschungsuniversit\u00e4t in der Helmholtz-Gemeinschaft\u201c schafft und vermittelt das KIT Wissen f\u00fcr Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen ma\u00dfgebliche Beitr\u00e4ge in den Feldern Energie, Mobilit\u00e4t und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplin\u00e4ren Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 24 400 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universit\u00e4res Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationst\u00e4tigkeit am KIT schl\u00e4gt die Br\u00fccke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer nat\u00fcrlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversit\u00e4ten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Noch bestehen elektronische Ger\u00e4te aus unbelebten Materialien. Eines Tages k\u00f6nnten jedoch \u201emikrobielle Cyborgs\u201c in Brennstoffzellen, Biosensoren oder Bioreaktoren n\u00fctzlich sein. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologe (KIT) haben hierzu die Voraussetzung geschaffen, indem sie ein programmierbares, biohybrides System entwickelten, das aus einem Nanokomposit-Material und dem Elektronen produzierenden Bakterium Shewanella oneidensis besteht. Das Material […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[13293,10608,15945,14051],"supplier":[1267,1563],"class_list":["post-74902","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-bakterien","tag-biooekonomie","tag-elektronen","tag-energie","supplier-helmholtz-gemeinschaft-deutscher-forschungszentren-ev","supplier-karlsruher-institut-fuer-technologie-kit"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/74902","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=74902"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/74902\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=74902"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=74902"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=74902"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=74902"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}