Mysteriöse Bakterien aus dem Schlamm

6. Oktober 2009, 19:38
posten

Mikrobiologen erforschen Stickstoff fressende Bakterien, um Kläranlagen und Trinkwasserversorgung zu optimieren

"Kläranlagen sind ein wunderbares Modellsystem für Mikrobiologen", schwärmt Holger Daims. "Sehr viele Bakterien leben dort in komplexen Lebensgemeinschaften zusammen." Dort, wo die Abwässer aus den Kanalisationen landen, leben auch jene Organismen, die den Forscher vom Department für Mikrobielle Ökologie der Uni Wien bereits seit gut zehn Jahren beschäftigen: Die Nitrospira-Bakterien, die den im Harn enthaltenen Stickstoff auf ihrem Speiseplan haben - und damit eine wesentliche Rolle bei der Abwasserreinigung spielen.

Bloß weiß man bislang sehr wenig über die Arbeitsweise der Nitrospira-Bakterien, da sie sich nicht für eine Züchtung im Labor eignen. Im Rahmen eines auf dreieinhalb Jahre angelegten und vom Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds (WWTF) geförderten Forschungsprojekts wollen Holger Daims und seine Kollegen nun mit neuen Methoden die Geheimnisse dieser nitrit-oxidierenden Mikroben lüften.

Besonders in kleinen Kläranlagen treten oft Schwierigkeiten auf, da die Umwandlung des beim Stickstoffrecycling freigewordenen Nitrits zu Nitrat nicht wie erwartet funktioniert. Zu große Mengen an Nitrit wirken giftig und stören das ganze System. "Es wäre extrem nützlich, wenn wir wüssten, was die Nitrospira stört", erklärt Daims. Nützlich vor allem für Entwicklungsländer, wo meist nur Geld für kleine, einfache Kläranlagen vorhanden ist.

Da - wie sonst üblich - nicht mit einer Reinkultur des Bakteriums gearbeitet werden kann, verwenden die Forscher Belebtschlammproben direkt aus der Kläranlage. Mit der eigens entwickelten "FISH"-Methode (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung) werden die Bakterien eingefärbt. Dann werden radioaktiv markierte Nährstoffe an die Schlammbakterien verfüttert. Per Isotopentechnik wird schließlich unter dem Mikroskop sichtbar, welche Nährstoffe die Nitrospira aufnehmen.

Genetischer Blueprint

"Besonders viel können wir lernen, wenn wir ein ganzes Genom sequenzieren", sagt Daims. "Denn damit kann man auf die Funktion vieler Gene schließen. Dann hätten wir also einen Blueprint darüber, was die Bakterie vielleicht kann." Hierzu greifen die Mikrobiologen auf Anreicherungskulturen zurück, in denen sich zwar mehrere Bakterienarten finden, die aber mithilfe der Umweltgenomik dennoch die Sequenzierung eines bestimmten Genoms erlauben.

In einem weiteren Schritt wird die Anreicherungskultur nach Proteinen durchforstet, die wiederum bestimmten Genen zugeordnet werden und Auskunft über von ihnen ausgelöste Stoffwechselaktivitäten geben können. "Indem wir die Bakterien verschiedenen Umweltbedingungen aussetzen, also die Nitritkonzentration, die Temperatur oder den pH-Wert verändern, können wir mehr darüber erfahren, wie sich die Nitrospira unter verschiedenen Bedingungen in der Kläranlagen verhalten", erläutert Daims. Ein Ziel ist es, aufgrund der Daten ein erstes Modell einer Nitrospira-Zelle im Computer zu entwickeln, um den Organismus anhand der Stoffwechselprodukte sowie der Informationen über Gene und Eiweiße systembiologisch charakterisieren zu können.

"Um kleinere Kläranlagen optimieren zu können, tauschen wir uns schon im Zuge der Grundlagenforschung mit Ingenieuren aus", schildert Daims, der auf eine künftige internationale Anwendung seiner Forschungen baut.

Nitrospira-Bakterien spielen auch bei der Trinkwasseraufbereitung eine Rolle, wo sie jedoch ein Problem darstellen können. Da sie allein von Nitrit und Kohlendioxid leben können, wachsen sie leicht in Behältern, in denen mit Chlor desinfiziertes Trinkwasser gelagert ist, und bilden einen Biofilm, der das Wasser verunreinigt. Mehr Wissen über die Nitrospira könnte auch hier neue Lösungen bringen. (Karin Krichmayr/DER STANDARD, Printausgabe, 07.10.2009)

  • Nitrospira-Bakterien spielen eine große Rolle in Kläranlagen.
    foto: daims

    Nitrospira-Bakterien spielen eine große Rolle in Kläranlagen.

Share if you care.