Vom Erbgut zum Rost: Neue Einblicke in korrosive Methanogene

Mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC) verursacht weltweit erhebliche Schäden an metallischer Infrastruktur. Während lange Zeit indirekte Effekte mikrobieller Aktivität als die dominierenden Ursachen angesehen wurden, liefern neuere genetische Studien Hinweise darauf, dass auch direkte mikrobielle Mechanismen Korrosionsprozesse antreiben.

In dieser Studie untersuchten wir korrosive methanogene Archaeen, insbesondere Methanococcus maripaludis und Methanobacterium-Stämme. Mithilfe vergleichender Genomanalysen identifizierten wir einen konservierten Satz von Genen, den wir als den „MIC-Kern“ bezeichneten und der eine zentrale Rolle bei Korrosionsprozessen spielt. Dieser Kern umfasst eine extrazelluläre [NiFe]-Hydrogenase (FohAB), ein TAT-Sekretionssystem sowie ein Carbonanhydrase-ähnliches Protein (FohE). Diese Komponenten sind an der Gewinnung von Elektronen aus metallischem Eisen beteiligt, wodurch die Wasserstoffproduktion katalysiert und die Korrosion beschleunigt wird.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich der MIC-Kern durch verschiedene genetische Mechanismen zwischen Mikroorganismen verbreiten kann, darunter horizontaler Gentransfer und transponierbare Elemente. Dies erklärt das weit verbreitete Auftreten korrosiver Eigenschaften unter methanogenen Archaeen.

Vergleichende Analysen ergaben, dass die Interaktion der Zellen mit Metalloberflächen die Korrosionsrate beeinflussen kann. Während einige Organismen ausgedehnte Biofilme bilden, lokalisieren sich andere innerhalb von Korrosionsstrukturen und weisen nur eine begrenzte Anhaftung an die Oberfläche auf.

Auf Grundlage dieser Erkenntnisse schlagen wir ein Modell mit zwei Wirkungsweisen vor: Korrosion wird entweder durch Enzyme vermittelt, die über Glykosylierung an der Zellwand verankert sind, oder durch Enzyme, die frei zum Metall diffundieren. Dieses Zwei-Modi-Modell der MIC verdeutlicht die Bedeutung mikrobieller Oberflächeninteraktionen und der Biofilmbildung für die Dynamik der Biokorrosion.

Diese Arbeit bietet Einblicke in die molekularen Grundlagen der Biokorrosion und unterstützt die Entwicklung verbesserter Strategien zur Erkennung und Eindämmung mikrobieller Korrosionsprozesse. Solche Fortschritte könnten die Art und Weise verändern, wie industrielle Akteure mikrobielle Bedrohungen für Infrastrukturen erkennen und bekämpfen. Darüber hinaus soll unsere Arbeit weitere interdisziplinäre Forschung an der Schnittstelle von mikrobieller Genomik, Umweltmikrobiologie und Materialwissenschaften fördern.