Thomas Reitz

U(VI) bioaccumulation by Paenibacillus sp. JG-TB8 and Sulfolobus acidocaldarius

Au(0) nanoclusters formation on the S-layer of S. acidocaldarius

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http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-83242

Kurzfassung in Englisch

In this thesis, the interactions of U(VI) with one representative each of the domains Bacteria (Paenibacillus sp. JG TB8) and Archaea (Sulfolobus acidocaldarius) are compared. We demonstrate that at highly acidic conditions (pH ≤ 3), U(VI) is bound to cells of the both strains exclusively via organic phosphate groups. In contrast to this, the U(VI) complexation modes differ between the studied strains at moderate acidic conditions. These differences are assigned to the different cell wall structures of both strains as well as to their different physiological characteristics. We also demonstrate that the aeration conditions can strongly influence the uranium accumulation of facultative anaerobic microorganisms at moderate acidic pH conditions. This finding could clearly be assigned to the dependency of the intrinsic phosphatase activity on the aeration conditions.
The second part of this thesis deals with the outermost surface layer (SlaA-layer) of S. acidocaldarius. It was shown that this surface protein is not involved in the U(VI) complexation at highly acidic conditions, covering the physiological pH optimum of S. acidocaldarius. Hence the SlaA layer does not provide a protective function against U(VI) to the cells of this acidophilic archaeon. However, we demonstrated that purified SlaA-layer ghosts (i.e. empty cell sacculi) efficiently interact with gold ions and are a good macromolecular template for the formation of magnetic gold nanoparticles.

Kurzfassung in Deutsch

In dieser Doktorarbeit werden die Wechselwirkungen von U(VI) mit je einem Vertreter der Bakterien (Paenibacillus sp. JG TB8) und Archeen (Sulfolobus acidocaldarius) verglichen. Wir konnten zeigen, dass U(VI) im sehr sauren Milieu (pH ≤ 3) ausschließlich durch organische Phosphatgruppen an die Zellen beider Stämme gebunden ist. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Mechanismen der U(VI)-Komplexierung beider untersuchter Stämme bei mäßig sauren Bedingungen voneinander. Diese Unterschiede basieren auf den unterschiedlichen Zellwandstrukturen und physiologischen Eigenschaften beider Stämme. Wir konnten außerdem zeigen, dass die atmosphärischen Bedingungen die Urankomplexierung durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen bei mäßig sauren Bedingungen stark beeinflussen kann. Dieses Ergebnis konnte eindeutig auf die von den atmosphärischen Bedingungen-abhängige, enzymatische Aktivität der zelleigenen Phosphatase zurückgeführt werden.
Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der äußeren Oberflächenschicht (SlaA-layer) von S. acidocaldarius. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Oberflächenprotein nicht an der U(VI)-Komplexierung bei stark sauren pH, welcher dem physiologischen pH Optimum von S. acidocaldarius entspricht, beteiligt ist. Damit stellt der SlaA-layer keinen Schutz gegen Uran für die Zellen dieses azidothermophilen Archaeons dar. Allerdings konnten wir zeigen, dass isolierte „SlaA-layer ghosts“ (d.h. leere Zellhüllen) mit Goldionen interagieren und sich daher als makromolekulares Template für die Herstellung magnetischer Gold Nanopartikel eignen.

weitere Metadaten

Schlagwörter
(Deutsch)
Uran, Sulfolobus, Wechselwirkungen, Mikroorganismen, S-layer, Paenibacillus, Biomineralisierung, Biosorption, Gold Nanocluster
Schlagwörter
(Englisch)
Uranium, Sulfolobus, Interactions, Microorganisms, S-layer, Paenibacillus, Biomineralization, Biosorption, Gold nanocluster
SWD SchlagworteUran, Sulfolobus acidocaldarius, Komplexbildungsreaktion, Mikroorganismus
DDC Klassifikation570
Institution(en) 
HochschuleTU Bergakademie Freiberg
FakultätChemie und Physik
BetreuerDr. Sonja Selenska-Pobell
GutachterProf. Dr. Michael Schlömann
Prof. Dr. Gert Bernhard
DokumententypDissertation
SpracheEnglisch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)29.04.2011
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung13.12.2011
Veröffentlichungsdatum (online)01.02.2012
persistente URNurn:nbn:de:bsz:105-qucosa-83242

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