Mikroorganismen als Schmutzreiniger in der Natur

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat kürzlich in einem Review-Artikel Mechanismen zusammengefasst, mit denen sich Bakterien an extreme Bedingungen anpassen können und beschrieben, wie der Mensch die Fähigkeiten dieser Mikroorganismendazu nutzen kann, Schadstoffe biologisch abzubauen. Erschienen ist der Beitrag, an dem auch Mikrobiologen des UFZ beteiligt sind, im Fachjournal Science.

Bakterien finden sich überall reichlich in der Natur und fühlen sich auch unter extremen Bedingungen wohl, etwa in Geysiren, in extrem salzigen Gewässern oder in heißen Quellen in rund 2.000 Meter in der Tiefsee - egal wie toxisch die umgebenden Substanzen, wie hoch die herrschenden Temperaturen oder wie extrem die pH-Werte sind. Die einzelligen Mikroorganismen sind Voraussetzung dafür, dass Lebensgemeinschaften auch in scheinbar lebensfeindlichen Umgebungen entstehen können. Welche Mechanismen diese Mikroorganismen einsetzen, um in einer feindlichen Umwelt zu überleben, und wie der Mensch diese nutzen kann, um Schadstoffe in der Natur und in Produktionsprozessen abzubauen, haben Wissenschaftler aus den Niederlanden, der Schweiz und Portugal sowie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in einem Review-Artikel zum aktuellen Stand der Forschung beschrieben.

Bekannt ist durch die langjährige Forschung am UFZ beispielsweise, dass bestimmte Mikroorganismen Schadstoffe wie das Herbizid Atrazin oder das Lösungsmittel Perchlorethylen biologisch unschädlich machen können. "Beide Schadstoffe gelangten vor etwa 60 Jahren erstmals in die Umwelt. Mikroorganismen haben Abbauwege entwickelt, solche Schadstoffe nicht nur zu tolerieren, sondern sie auch als Energiequelle zu nutzen und sie damit zu verwerten", sagt Co-Autor und Mikrobiologe Dr. Hermann Heipieper vom UFZ. Anwendung finden diese Fähigkeiten etwa im Rahmen der Bioaugmentation, einer Renaturierungsstrategie, bei der im Labor gezüchtete Mikroorganismen als Starterkulturen in die Natur ausgebracht werden und dort Schadstoffe abbauen. Ein Beispiel, das Heipieper in der Science-Publikation beschreibt, ist der Abbau mariner Ölverunreinigungen durch die Zugabe spezialisierter Bakterien, deren Nachweis in der Wüste von Oman gelang.

"Bioaugmentation funktioniert aber nur an extremsten Standorten, wo kaum Leben nachzuweisen ist und die ausgebrachten Bakterien keine Konkurrenz haben", sagt er. An normalen Standorten würden die im Labor hervorragend arbeitenden Mikroorganismen in der Natur von der bestehenden bakteriellen Gemeinschaft überwachsen. In der Regel sei es deshalb oft besser, auf die sogenannte Biostimulation zu setzen. Dabei wird das Wachstum vorhandener Mikroorganismen durch Zugabe bestimmter Düngersubstrate gefördert. "Der Trick besteht dabei, die Kulturen geeigneter Mikroorganismen so auszuwählen, dass sie zum Wachstum angeregt werden und so Umweltverschmutzung auf natürliche Weise schnell beseitigt wird", erklärt Heipieper.

Das Potenzial der einzelligen Mikroorganismen ist längst nicht erschöpft. Die Bakterien, das schlussfolgern die Science-Autoren, könnten noch sehr viel stärker in industriellen Produktionsprozessen eingesetzt werden - und chemische Verfahren damit durch biologische zu ersetzen. Ein Beispiel ist der Abbau von Plastik. 275 Millionen Tonnen Plastikabfall werden jährlich produziert. "Wenn man sich die Problematik der immer größer werdenden Mengen an produziertem Plastik und die damit verbundenen Abfallströme anschaut, werden innovative Lösungen benötigt, um diese Abfälle nachhaltig abzubauen oder zu recyceln", sagt Heipieper.

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Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)