Wasseraufbereitung mittels Pilz-Bakterien-Kombination

Stick­stoff, vor allem in Form von anor­gan­is­chem Nitrit und Nitrat, stellt eine erhe­bliche stof­fliche Belas­tung in Süßgewässern und men­schlichen Abwässern dar. Forscher:innen des chi­ne­sis­chen Min­is­teri­ums für Natür­liche Ressourcen in Xia­men und des Leib­niz-Insti­tuts für Gewässerökolo­gie und Bin­nen­fis­cherei (IGB) haben eine natür­liche Pilz-Bak­te­rien-Kom­bi­na­tion iden­ti­fiziert, die Nitrat effizient und kon­stant ver­stof­fwech­selt. Dies kön­nte für die Weit­er­en­twick­lung der Biotech­nolo­gie in der Wasser­auf­bere­itung entschei­dend sein und ist ein weit­er­er Beleg für die Rolle von Pilzen in aquatis­chen Ökosystemen.

Die biol­o­gis­che Stick­stof­fent­fer­nung, die Den­i­tri­fika­tion, ist ein wichtiger bio­chemis­ch­er Prozess. Dabei wan­deln Mikroor­gan­is­men zwei der wichtig­sten Stick­stof­fverbindun­gen, Nitrat und Nitrit, in gas­för­mi­gen Stick­stoff um. Dies geschieht in Gewässern auf natür­liche Weise durch Stof­fwech­sel­prozesse der dort leben­den Organ­is­men und wird als Selb­streini­gungskraft beze­ich­net. Dieses Prinzip macht man sich auch bei der Wasser­auf­bere­itung zunutze. Bish­er wur­den ver­schiedene Bak­te­rien und Pilze in Reinkul­tur iden­ti­fiziert, die Stick­stoff mit und ohne Sauer­stoff abbauen kön­nen. Für die Wasser­auf­bere­itung ist vor allem der Stick­stof­fab­bau in Gegen­wart von Sauer­stoff rel­e­vant, da er kostengün­stiger und zudem großtech­nisch umset­zbar ist.

Die Isolierung einzel­ner Bak­te­rien- oder Pilzstämme ist aufwändig und teuer. Kom­bi­na­tio­nen aus bei­den, so genan­nte mikro­bielle Kon­sor­tien, gel­ten als vielver­sprechende Alter­na­tive zu reinen Stäm­men, sind aber auf dem Gebi­et der Den­i­tri­fika­tion in Gegen­wart von Sauer­stoff noch wenig erforscht. Die Forschen­den nah­men dies zum Anlass, dieses Poten­zial zu unter­suchen, da mikro­bielle Kon­sor­tien beispiel­sweise bei der Fer­men­ta­tion von Lebens­mit­teln und Getränken schon lange einge­set­zt wer­den. Ger­ade Pilze haben den Vorteil, dass sie sehr robust gegenüber Umwelt­stres­soren wie saurem pH-Wert und hohen Tem­per­a­turen sind.

Das Forschung­steam iden­ti­fizierte ein natür­lich­es Bak­te­rien-Pilz-Kon­sor­tium aus Marikul­turen, das Nitrat effizient und kon­stant aus dem Wass­er ent­fer­nt. In Gegen­wart von Sauer­stoff beträgt die Nitra­tent­fer­nung bis zu 100 Prozent und die Den­i­tri­fika­tion­sef­fizienz 44 Prozent. Die Den­i­tri­fika­tion­sef­fizienz gibt an, wie gut Mikroor­gan­is­men in der Lage sind, den im Nitrat gebun­de­nen Stick­stoff in moleku­laren Stick­stoff (N₂) und Stick­ox­ide umzuwandeln.

Mit­tels Hochdurch­satzse­quen­zierung wur­den die an diesem Prozess beteiligten Bak­te­rien- und Pilz­gat­tun­gen iden­ti­fiziert. Eine anschließende Net­zw­erk­analyse zeigte, welche Arten pos­i­tiv miteinan­der inter­agieren und sich daher beson­ders für eine Kom­bi­na­tion eignen. Da die Suche nach geeigneten Mikroor­gan­is­men-Gemein­schaften aus Bak­te­rien und Pilzen noch ein sehr junges Forschungs­ge­bi­et ist, gibt es noch keine Anwen­dun­gen in der Prax­is. Die Autor:innen sind sich aber sich­er, dass diese in Zukun­ft die Biotech­nolo­gie in der Abwasser­auf­bere­itung prä­gen werden.