Inspiriert von der Natur: Auf dem Weg zu nachhaltigeren Anwendungen von Lanthanoiden (und Actinoiden)

Prof. Dr. Lena Daumann, Universität Düsseldorf

Lanthanoide (Ln, zusammen mit Sc und Y gehören sie zur Gruppe der Metalle der Seltenen Erden) sind essentielle Bestandteile, die in einer Vielzahl von Anwendungen in unserem täglichen Leben Verwendung finden, insbesondere für nachhaltige und saubere Energieanwendungen. Aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit gestaltet sich die Trennung der Lanthanoide jedoch mühsam. In den letzten zehn Jahren wurde die Rolle der Lanthanoide für viele Bakterienarten fest etabliert, und bakterielle Stämme, die Lanthanoide aufnehmen und in den aktiven Zentren von Pyrolochinolinchinon (PQQ) abhängigen Alkoholdehydrogenasen nutzen, wurden umfassend untersucht. Unsere Untersuchungen des streng lanthanoidabhängigen extremophilen Bakteriums Methylacidiphilum fumariolicum SolV zeigen, dass auch die dreiwertigen Actinoide Americium und Curium das Wachstum in Abwesenheit der essentiellen Lanthanoide unterstützen können. Tatsächlich scheinen die Bakterien keinen Unterschied zwischen Lanthanoid- und Actinoidionen zu machen, solange die Elemente die richtige Größe und Oxidationsstufe haben. Zeitlich aufgelöste laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie und ICP-MS bestätigen die Aufnahme von Am und Cm durch die Bakterien. Die Austauschbarkeit der f-Block-Elemente wird durch sehr ähnliche enzymatische Aktivitäten von rekombinanten Methanoldehydrogenasen, die mit verschiedenen Metallionen rekonstituiert wurden, unterstützt. Aus Lanthanid-verwendenden Bakterien wurden zudem Proteine und kleine Chelatbildner mit bemerkenswerter Selektivität und Affinität für Lanthanide identifiziert. Dies kann man sich nun bei Trennung und Recycling der Elemente aus industriellen Abfällen und natürlichen Lanthanoid Quellen zunutze machen.

Lena Daumann studierte Chemie mit Nebenfach Umwelthygiene von 2003 bis 2009 an der Universität Heidelberg. Anschließend promovierte sie an der University of Queensland (Australien) in Bioanorganischer Chemie. Nach einem Postdoktorat bei Prof. Ken Raymond an der UC Berkeley und in Heidelberg, gefördert von der Humboldt-Stiftung, begann sie 2016 ihre unabhängige Karriere an der LMU München als Professorin für Bioanorganische- und Koordinationschemie. Lena Daumann ist seit 2023 Inhaberin des Lehrstuhls für Bioanorganische Chemie an der HHU in Düsseldorf. Ihre bioanorganische Forschungsgruppe beschäftigt sich mit der Aufklärung der Rolle von Lanthaniden für Bakterien sowie mit Eisenenzymen und kleinen biomimetischen Komplexen, die eine Rolle in der Epigenetik und der DNA-Reparatur spielen. Daumanns Lehre und Forschung wurden mit mehreren Auszeichnungen gewürdigt, darunter der Ars Legendi-Preis für Chemie für herausragende Lehre, der Dozentenpreis des Fonds der chemischen Industrie und das Earl L. Muetterties Memorial Lectureship der UC Berkeley. Im Jahr 2020 erhielt sie einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrates, um die Aufnahme von Lanthaniden durch Bakterien zu untersuchen.