"Bakterien machen giftiges Kadmium im Boden unschädlich
7. Jänner 2014, 01:22
Wissenschafter von der Uni Tübingen untersuchen das Potenzial von Mikroorganismen bei der Sanierung kontaminierter Agrarflächen

Das Schwermetall Kadmium bereitet auf Agrarflächen rund um den Globus Probleme, häufig findet es sich in zu hohen Konzentrationen in Gemüse und Tabak. Die dauerhafte Einnahme von Kadmium kann bei Menschen zu Knochendeformationen und Krebs führen. Im Boden liegt Kadmium meist an Minerale gebunden vor. In dieser Form ist es allerdings kaum schädlich. Seine Gefährlichkeit steigt jedoch durch den Einfluss von Bakterien, die Minerale auflösen und umsetzen können. Doch Bakterien können umgekehrt auch zur Reinigung kadmiumverseuchter Böden eingesetzt werden können, wie nun Wissenschafter von der Universität Tübingen festgestellt haben.

Kadmium kommt in natürlichen Phosphatlagerstätten vor und gelangt so in phosphathaltige Düngemittel. Da die Ressource Phosphat sich weltweit dem Ende zuneigt, wird der Abbau auf qualitativ schlechtere Abbaustätten verlegt. Die Entfernung des Kadmiums aus dem abgebauten Phosphat ist kostspielig und unterbleibt in vielen Fällen. Das hat zur Folge, dass immer häufiger qualitativ schlechte Phosphatdünger auf Agrarflächen ausgebracht werden. Durch den steigenden Einsatz von Düngemitteln steigt auch insgesamt der Gehalt an Schwermetallen in Böden stetig an.

Die Verfügbarkeit des mineralgebundenen Kadmiums wird im Boden verringert, indem es in neu gebildete Eisenminerale eingebaut wird, zum Beispiel in das Mineral Magnetit. Dieses wird aufgrund seiner Stabilität, Reaktivität und Fähigkeit, Metalle zu binden, immer öfter zur Sanierung kontaminierter Böden und Gewässer eingesetzt. Das Tübinger Forscherteam konnte in Laborexperimenten mit kontaminierten Böden zeigen, dass es Bakterien sind, die kadmiumhaltige, rostige Eisenoxid-Minerale biologisch umsetzen und dadurch auflösen. Für genauere Untersuchungen haben sie ein geeignetes Bakterium der Gattung Geobacter aus einem kadmiumhaltigen Boden isoliert und als Laborkultur herangezüchtet. Dieser Stamm kommt selbst mit sehr hohen Kadmiumkonzentrationen zurecht.
Kadmium einfach abernten

"Die Studien zeigten, dass dieses Bakterium während der Auflösung des Eisenminerals das gebundene Kadmium zunächst in Lösung bringt, bevor dieses sich fast vollständig an neu gebildete Minerale, insbesondere den stabilen Magnetit, bindet", erklärt die Geomikrobiologin Andreas Kappler vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften an der Uni Tübingen. Die Forscher halten es daher für möglich, dass dieses kurzzeitig mobile Kadmium aus kontaminierten Böden durch Pflanzen, die Metalle in ihren Organen ansammeln, aufgenommen werden könnte. "Wenn sich das als umsetzbar erweist, ließe sich das Metall verhältnismäßig einfach durch das Abernten der kadmiumspeichernden Pflanzen entsorgen", sagt der Geomikrobiologe. (red, derStandard.at, 6.1.2014)"
http://derstandard.at/1385170490628/Bakterien-machen-giftiges-Kadmium-im-Boden-unschaedlich

The Austrian news article about the dangers of cadmium and its distribution on farmland soil describes the context in which cadmium froms soil will get dangerous - mainly through bacteria which dissolves cadmium from minerals laying in the ground. Cadmium in molecules bounded is not dangerous. It gets dangerous by bacteria which loose the boundary of cadmium to molecules.

In the news article there is a report about a scientific study (in English) which suggests cadmium eating bacteria for soils too get rid of cadmium.

"E. Marie Muehe †, Martin Obst ‡, Adam Hitchcock §, Tolek Tyliszczak , Sebastian Behrens †, Christian Schröder †, James M. Byrne †, F. Marc Michel , Ute Krämer #, and Andreas Kappler *†
† Geomicrobiology, Center for Applied Geosciences, University of Tuebingen, 72076 Tuebingen, Germany
‡ Environmental Analytical Microscopy, Center for Applied Geosciences, University of Tuebingen, 72074 Tuebingen, Germany
§ Department of Chemistry and Chemical Biology, McMaster University Hamilton, Hamilton Ontairo, Canada L8S 4M1
Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, United States
Department of Geosciences, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia 24061, United States
# Department of Plant Physiology, Ruhr University Bochum, 44801 Bochum, Germany
Environ. Sci. Technol., 2013, 47 (24), pp 14099–14109
DOI: 10.1021/es403365w
Publication Date (Web): November 25, 2013
Copyright © 2013 American Chemical Society
*(A.K.) Phone: +49-7071-2974992; fax: +49-7071-295059; e-mail: andreas.kappler@uni-tuebingen.de.
Section:
Fertilizers, Soils, and Plant Nutrition
Abstract


Fe(III) (oxyhydr)oxides affect the mobility of contaminants in the environment by providing reactive surfaces for sorption. This includes the toxic metal cadmium (Cd), which prevails in agricultural soils and is taken up by crops. Fe(III)-reducing bacteria can mobilize such contaminants by Fe(III) mineral dissolution or immobilize them by sorption to or coprecipitation with secondary Fe minerals. To date, not much is known about the fate of Fe(III) mineral-associated Cd during microbial Fe(III) reduction. Here, we describe the isolation of a new Geobacter sp. strain Cd1 from a Cd-contaminated field site, where the strain accounts for 104 cells g–1 dry soil. Strain Cd1 reduces the poorly crystalline Fe(III) oxyhydroxide ferrihydrite in the presence of at least up to 112 mg Cd L–1. During initial microbial reduction of Cd-loaded ferrihydrite, sorbed Cd was mobilized. However, during continuous microbial Fe(III) reduction, Cd was immobilized by sorption to and/or coprecipitation within newly formed secondary minerals that contained Ca, Fe, and carbonate, implying the formation of an otavite-siderite-calcite (CdCO3–FeCO3–CaCO3) mixed mineral phase. Our data shows that microbially mediated turnover of Fe minerals affects the mobility of Cd in soils, potentially altering the dynamics of Cd uptake into food or phyto-remediating plants."
http://pubs.acs.org/doi/ipdf/10.1021/es403365w