Bakterien statt Hamster im Rad

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Forscher haben einen Minimotor entwickelt, der durch Bakterien angetrieben wird. Laut den japanischen Wissenschaftlern ist es der erste mikromechanische Apparat, der aus einem anorganischen Material sowie lebenden Bakterien besteht. Die Mikroorganismen treiben den Motor an, indem sie sich auf einer Siliziumbahn fortbewegen und den Rotor durch eine Art Laufrad in Bewegung versetzen. Der Rotor mit einem Durchmesser von nur zwanzig tausendstel Millimetern dreht sich rund zweimal pro Minute. Genetische Veränderungen an den Bakterien könnten diese Leistungen noch steigern.

In der Natur gibt es so genannte Motorproteine, die chemische Energie effizient in mechanische Arbeit umsetzen. Zudem sind sie in der Lage, sich selbst zu größeren Strukturen zusammenzubauen. Zahlreiche Wissenschaftler versuchen, mit solchen Motorproteinen betriebene Minimotoren zu bauen. Diese könnten beispielsweise in der Biotechnologie winzige Pumpen oder in der Medizin Miniaturfräsen antreiben, die Ablagerungen in den Blutgefäßen beseitigen. Solche Motorteile aus den Zellen zu isolieren, ist jedoch nicht einfach.

Das Team hat nun zum ersten Mal einen Motor konstruiert, der aus anorganischem Siliziumdioxid sowie aus intakten Bakterien besteht. Der Minimotor wird durch Bakterien der Art Mycoplasma mobile angetrieben. Diese birnenförmigen Mikroorganismen sind rund einen Mikrometer (tausendstel Millimeter) groß und bewegen sich über feste Oberflächen mit einer konstanten Geschwindigkeit von zwei bis fünf Mikrometern pro Sekunde. Damit sich der Rotor in einer vorgegebenen Richtung dreht, haben die Forscher M. mobile durch einen engen Silizium-Kanal geleitet, der in eine kreisförmige Bahn mündete. Diese enthielt eine Art Laufrad, auf dem sich ein Rotor aus Siliziumdioxid befand. Indem sich die Bakterien durch den Kanal bewegten, drehten sie das Laufrad und trieben damit auch den Rotor an, der sich rund zwei Mal pro Minute drehte.

Die Forscher stellten fest, dass mit ihrem Minimotor aus ganzen Bakterienzellen mehr Kraft erzeugt wird als mit isolierten Motorproteinen. Intakte Bakterien haben den Vorteil, dass sie sich selbst wieder in Stand setzen können und zudem einfach mit Energie versorgt werden können. Sie werden nämlich lediglich durch den Zucker Glukose angetrieben. Künftig könnten die Bakterien genetisch so verändert werden, dass sie ihre Funktionen noch besser erfüllen, hoffen die Forscher.

Yuichi Hiratsuka (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan) et al.: PNAS, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1073/pnas.0604122103. ddp/wissenschaft.de ? Katharina Schöbi

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