Das erforscht die Nachwuchsgruppe „BioKollekt“ unter der Leitung von Dr. Franziska Lederer am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF).
Entwickelt werden Verfahren, um beispielsweise Seltene Erden aus dem Leuchtpulver ausgedienter Energiesparlampen zu gewinnen. Das Technikvorbild finden die Wissenschaftler bei Viren, die auf Bakterien spezialisiert sind. Die Hülle dieser winzigen „Bakteriophagen“ besteht aus rund 4.000 Proteinen. An diese wurden mit molekularbiologischen Methoden kurze Protein-Bruchstücke geheftet, die acht bis 16 Proteinbausteine lang sind. Von diesen Peptiden gibt es viele unterschiedliche Formen; Franziska Lederer kann daher mit einer Milliarde Bakteriophagen forschen, die jeweils unterschiedliche Peptide besitzen. Eine solche Sammlung nennen Molekularbiologen eine „Bibliothek“.
„Die Peptide können kleine Taschen formen, in die bestimmte Mini-Strukturen passen“, erklärt die Biologin. Dabei kann es sich zum Beispiel um das Seltene-Erd-Element Terbium handeln. Wird die Bakteriophagen-Bibliothek mit einer solchen, reinen Terbium-Verbindung zusammengebracht, die an einer festen Oberfläche hängt, bleiben beim Abwaschen die Bakteriophagen hängen, in deren Peptid-Tasche die Terbium-Verbindung recht gut passt.
Bis zur idealen Passfähigkeit
In einem zweiten Durchgang verschärfen die Forscher dann die Bedingungen, sodass nur noch diese Bakteriophagen hängen bleiben. Jetzt folgt eine Analyse des Abschnitts im Erbgut dieser Bakteriophagen, der die Bauanleitung für das Peptid enthält. Nach dieser Bauanleitung lässt Lederer dann die passenden Peptide für die Terbium-Verbindung anfertigen.
[1]Dr. Franziska Lederer (Foto: André Wirsig/Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.)
Franziska Lederer: „Diese Peptide werden nun zum Beispiel an Partikel aus einem magnetischen Material geheftet. Mischt man diese Teilchen mit dem Leuchtpulver von Energiesparlampen in einer Brühe, dann heften sie sich dort an die enthaltenen Terbium-Verbindungen. Anschließend fischen die Forscher mit einem Magneten die Partikel samt den Seltenen Erden wieder heraus. Nach dem Entfernen der Terbium-Verbindungen können die Teilchen mit den Peptiden wieder zum Recyceln eingesetzt werden. Mit dieser Methode können wir spezifische Peptide für unterschiedliche Seltene Erden, aber auch für wichtige Metalle wie Kupfer, Gold oder verschiedene Platin-Metalle gewinnen und mit ihnen die jeweiligen Substanzen aus sehr verdünnten und komplexen Gemischen extrahieren.“ Die spezifischen Peptide lassen sich auch an Styropor-Kügelchen anheften. Mit der jeweiligen, gebundenen Substanz schwimmen diese Kügelchen in einem Container an die Oberfläche des Wassers und können einfach abgeschöpft werden. „Mit solchen Methoden könnten auch Erze aus den Abraumhalden von Bergwerken gewonnen werden, in denen noch Spuren dieser Erze vorhanden sind“, ergänzt Lederer und blickt in die Zukunft: „Vielleicht können wir auch Peptide isolieren, die spezifisch bestimmte Kunststoffe binden.“
www.hzdr.de [2]
Grafik: Franziska Lederer
(EU-Recycling 01/2019, Seite 17)
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