Metalle, Mineralien und Mikroben: Geomikrobiologie und Bioremediation

Mikroben spielen eine Schlüsselrolle in der Biosphäre, insbesondere in den Bereichen der biogeochemischen Umwandlungen von Elementen, Metall- und Mineralumwandlungen, Zersetzung, Biowetterung sowie Boden- und Sedimentbildung. Alle Arten von Mikroben, einschließlich Prokaryoten und Eukaryoten sowie deren symbiotische Assoziationen untereinander und mit 'höheren Organismen', können aktiv zu geologischen Phänomenen beitragen. Zentral zu vielen solcher geomikrobiellen Prozesse sind die Umwandlungen von Metallen und Mineralien. Mikroben weisen eine Vielzahl von Eigenschaften auf, die Veränderungen in der Metalspezierung, Toxizität und Mobilität sowie Mineralbildung oder Mineralauflösung oder -verschlechterung bewirken können. Solche Mechanismen sind wichtige Komponenten natürlicher biogeochemischer Zyklen für Metalle sowie assoziierte Elemente in Biomasse, Boden, Gesteinen und Mineralien, z.B. Schwefel und Phosphor, sowie Metalloide, Actinide und metallische Radionuklide. Neben ihrer Bedeutung in natürlichen Prozessen der Biosphäre können Metall- und Mineralumwandlungen auch vorteilhafte oder nachteilige Konsequenzen im menschlichen Kontext haben. Bioremediation ist die Anwendung biologischer Systeme zur Sanierung organischer und anorganischer Verschmutzung, wobei Bakterien und Pilze die wichtigsten Organismen für die Rekultivierung, Immobilisierung oder Entgiftung von metallischen und radionuklidhaltigen Schadstoffen sind. Einige Biomineralien oder metallische Elemente, die von Mikroben abgelagert werden, besitzen katalytische und andere Eigenschaften in Form von Nanopartikeln, Kristallen oder Kolloiden, und diese sind relevant für die Entwicklung neuartiger Biomaterialien für technologische und antimikrobielle Zwecke. Auf der negativen Seite können Metall- und Mineralumwandlungen durch Mikroben zu Verderb und Zerstörung von natürlichen und synthetischen Materialien, von mineralischen Baustoffen (z.B. Beton), sauren Bergbauabflüssen und damit verbundener Metallverschmutzung, Biokorrosion von Metallen, Legierungen und verwandten Substanzen sowie nachteiligen Auswirkungen auf die Spezierung, Mobilität und Eindämmung von Radionukliden führen, was immense soziale und wirtschaftliche Konsequenzen hat. Die Allgegenwart und Bedeutung von Mikroben in biosphärischen Prozessen machen die Geomikrobiologie zu einem der wichtigsten Konzepte innerhalb der Mikrobiologie, das einen interdisziplinären Ansatz erfordert, um die Umwelt- und angewandte Bedeutung zu definieren und die Nutzung in der Biotechnologie zu unterstützen.