Abwasserreinigung: Forscher auf den Spuren von Nitrospira-Bakterien

Um die Abwasserreinigung in Zukunft noch mehr zu optimieren, untersuchen Forscher um Holger Daims vom Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien in ihrem aktuellen WWTF-Projekt Nitrospira-Bakterien.

„Diese Bakterien, die bei der Entfernung von Stickstoff aus Abwasser eine wesentliche Rolle spielen, sind bisher noch weitgehend unerforscht, da sie nicht als Reinkulturen im Labor gezüchtet werden können“, so Daims gegenüber pressetext. Mit modernen molekularbiologischen Mitteln werden die Forscher dieses Geheimnis nun lösen.

„Im Abwasser sind neben Phosphaten und anderen chemischen Substanzen auch große Mengen von Stickstoff enthalten“, erklärt Daims. Würde man diese Mengen in ein natürliches Gewässer einleiten, käme es zu einer Eutrophierung des Gewässers. Daher müsse das Abwasser von Stickstoff befreit werden. „Einen wichtigen Teil dieser Aufgabe übernehmen nitrit-oxidierende Bakterien (NOB), die im Klärschlamm leben“, erklärt der Forscher. Je nach Anlage gehören rund zwei bis zehn Prozent aller Bakterien im Klärschlamm zur Gattung Nitrospira.

In modernen Kläranlagen leben tausende unterschiedliche Arten von Bakterien in einer komplexen Lebensgemeinschaft. Sie spielen beim Abbau von Schadstoffen eine wesentliche Rolle. Bis jetzt waren die Abläufe allerdings unklar. „Um Licht in die Sache zu bringen, haben wir ein Genom eines Nitrospira-Stammes sequenziert. Nun wollen wir mit Forscherkollegen am Department für Molekulare Systembiologie in Wien und der Universität Hamburg weitere Informationen per Genomik, Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik gewinnen.“ Die Untersuchung von unkultivierten Bakterien ist eine besondere Herausforderung, da in den gezogenen Proben neben Nitrospira noch andere Bakterien vorhanden sind. „Je mehr wir über die Organismen lernen, desto höher ist auch die Chance, dass wir es irgendwann schaffen, sie als Reinkultur zu züchten. Dann wären zusätzliche Experimente möglich, die ohne solche Kulturen heute noch nicht durchführbar sind“, erklärt Daims.

Nitrospira-Bakterien kommen nicht nur in Kläranlagen, sondern auch in der freien Natur von der Arktis bis in heiße Quellen vor. „Als NOB wandeln sie das beim Stickstoffrecycling freigewordene Nitrit zu Nitrat um.“ Gerade diese Tatsache interessiert die Wissenschaftler besonders, denn die Nitrit-Oxidation ist ein karges Brot, bei dem nicht viel Energie gewonnen werden kann. Trotz der eher schwierigen Nische gehören Nitrospira zu den am weitesten verbreiteten Bakterien. „Wir wollen feststellen, welche Rolle die Mikroorganismen in der Natur spielen. Im Fokus steht auch ihr Zusammenleben mit anderen Organismen, Symbiosen, genauso wie die Rolle, die Mikroorganismen für Menschen spielen.“

Das für dreieinhalb Jahre anberaumte Forschungsprojekt könnte langfristig zur Verbesserung der Abwasserreinigung beitragen. „Unsere Aufgabe besteht nicht darin, Kläranlagen zu entwerfen, sondern etwas über die Bakterien herauszufinden, die in den Anlagen wichtig sind. Dieses biologische Wissen teilen wir aber gerne mit den Ingenieuren, die die Kläranlagen schließlich konzipieren und bauen“, so Daims. Vor allem für Entwicklungsländer, die sich bis heute vielfach keine teuren Kläranlagen leisten können, wäre eine solche Optimierung der Abwasserreinigung von Vorteil.