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News: Pilze für die Umwelt

Bakterien können Giftstoffe häufig nur abbauen, wenn diese in Wasser gelöst vorliegen und recht klein sind - was oft nicht der Fall ist. Weißfäulepilze sind weniger wählerisch, wenn es ums Essen geht - dafür sind sie empfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen. Ingenieure entwickelten jetzt ein geschütztes Plätzchen für die Pilze: In Gelkügelchen eingeschlossen, sollen sie beim Abbau schädlicher Substanzen helfen.

"Gel-Einschluß-Immobilisierung" heißt die Methode, bei der Weißfäulepilze in ein Gel eingeschlossen werden, das aus einem gitterförmigen Grundgerüst und zum größten Teil aus Wasser besteht. Dieses Gel ist hochelastisch und mechanisch stabil. Die damit hergestellten Kugeln, 1 bis 2 mm groß, erlauben es dem Pilz, im Inneren zu wachsen und seine Enzyme zu produzieren, mit deren Hilfe eine Vielzahl von wasser- und bodengefährdenden Stoffen abgebaut oder einem weiteren bakteriellen Abbau zugänglich gemacht werden kann. Man bezeichnet diese Kugeln mit dem darin eingeschlossenen Pilz auch als Immobilisate.

Zum Hintergrund: Viele umweltgefährdende Problemstoffe können sich weitgehend einem bakteriellen Abbau entziehen, was meist auf ihre geringe Wasserlöslichkeit, ihre Toxizität oder eine nahezu vollständige Anlagerung (Adsorption) an feste Oberflächen zurückzuführen ist. Zum Abbau bestimmter aromatischer Kohlenwasserstoffe beispielsweise müssen die Bakterien diese Stoffe erst einmal in ihre Zelle aufnehmen. Dies gelingt meist nur, wenn die Stoffe in gelöster Form vorliegen und eine gewisse Größe nicht überschreiten. Zusätzlich sind die am Abbau beteiligten Enzyme wirkungs- und substratspezifisch, das heißt sie können nur einen bestimmten Stoff in einen bestimmten anderen überführen (Schlüssel-Schloß-Prinzip).

Anders die Weißfäulepilze: Sie produzieren bei Nahrungsmangel Enzyme, die außerhalb der Zelle und unabhängig vom vorliegenden Schadstoff arbeiten. Es handelt sich um ein radikalisch wirkendes, extrazelluläres Enzymsystem. In der Natur findet dies auf abgestorbenen Baumstämmen statt, die von Weißfäulepilzen besiedelt sind. Sobald keine ausreichende Nahrung mehr vorhanden ist, produziert der Pilz diese Enzyme. Die Enzyme wiederum produzieren kleine aggressive Stoffteilchen (Radikale), die dem gitterförmigen Holzbestandteil Lignin negative geladene Teilchen, sogenannte Elektronen, entziehen. In der Folge wird das Gitter aufgelöst, und aus dem Holz und dem Lignin werden die notwendigen Nährstoffe freigesetzt, wodurch aus einem ehemals stabilen Stück Holz krümmelige Zellulose wird. Solche Umsetzungen erfolgen zwar langsamer als Umsetzungen beim bakteriellen Abbau, umfassen aber ein breiteres Spektrum an transformierbaren Substanzen.

Im Rahmen der Boden- und Grundwassersanierung kann der Weißfäulepilz auf diese Weise eine Reihe von Schadstoffen abbauen oder einem weiteren bakteriellen Abbau zugänglich machen: Vor allem polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) oder Monoaromaten wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol (BTEX), die meist durch Leckagen von Kraftstofftanks oder Pipelines in die Umwelt gelangen. Mit Hilfe dieser Mikroorganismen können aber auch mit Sprengstoff verseuchte Böden, farbstoffhaltige Abwässer oder Abwässer aus der Papierindustrie aufbereitet werden.

Die "Gel-Einschluß-Immobilisierung", die Dr.-Ing. Erich Leidig und Dipl.-Ing. Kristina Greiff vom Institut für Ingenieurbiologie und Biotechnologie des Abwassers am Forschungszentrum Umwelt (FZU) der Universität Karlsruhe gemeinsam mit der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) untersuchen, hat gegenüber bisherigen Reaktorsystemen mit Weißfäulepilzen als Biokatalysatoren eine Reihe von Vorteilen. An erster Stelle steht der Schutz vor äußeren Einflüssen, den das Gel dem Pilz bietet: So können Bakterien praktisch nicht in das gitterförmige Grundgerüst eindringen und den Pilz verdrängen und deaktivieren. Dadurch ist es denkbar, in ein und demselben Reaktorsystem mit Bakterien und Pilzen als Biokatalysatoren zu arbeiten, was synergistische Effekte beim Abbau von Schadstoffen verspricht.

Ökonomisch von Vorteil ist die Tatsache, daß die Immobilisate einfach herstellbar, lange lagerbar und in verschiedensten Reaktortypen einsetzbar sind. Wird beispielsweise der Biokatalysator durch Unachtsamkeit vergiftet, kann er innerhalb kürzester Zeit ausgetauscht und erneuert werden. Eventuelle Standzeiten werden dadurch minimiert.

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