Pflanzen brauchen Stickstoff für ihr Wachstum. Zu viel Stickstoff, vor allem in Form von Nitrit oder Nitrat, schadet jedoch der Umwelt. Gelangt der Nährstoff beispielsweise in Binnengewässer und Meere, werden Algenwachstum und Sauerstoffmangel gleichermaßen gefördert. Nährstoffeinträge zu reduzieren und aus den Gewässern zu filtern, ist daher seit langem ein Forschungsschwerpunkt. Oft ist es die Natur selbst, die eine Lösung parat hat, wie eine neue Studie zeigt. Gemeinsam mit Forschenden aus China hat ein Team des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) erstmals ein mikrobielles Konsortium identifiziert, das den biotechnologischen Werkzeugkasten zur Wasserreinigung erweitern könnte.

Potenzial von Bakterien-Pilz-Kombination zur Wasserreingung untersucht

Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze dienen in der Biotechnologie bereits als potenzielle Helfer bei der Abwasserreinigung. Bislang wurden verschiedene Bakterien- und Pilzstämme in Reinkultur identifiziert, die den Stickstoffabbau mit oder ohne Sauerstoff bewältigen. Das Verfahren ist jedoch aufwändig und teuer. Eine vielversprechende Alternative sind sogenannte mikrobielle Konsortien, die bereits bei der Fermentation von Lebensmitteln und Getränken eingesetzt werden. Wenig erforscht ist dagegen das Gebiet der sogenannten Denitrifikation – also der mikrobiellen Reduktion von Nitrat, insbesondere in Gegenwart von Sauerstoff. Dieses Potenzial haben die Forschenden nun genauer untersucht.

Nitratentfernung bei bis zu 100%

Dabei stießen sie auf ein natürliches Bakterien-Pilz-Kosortium in marinen Aquakulturen, das Nitrat in sauerstoffhaltiger Umgebung sehr effizient und konstant aus dem Wasser entfernt. Wie das Team im Fachjournal iScience berichtet, lag die Nitratentfernung bei bis zu 100% und die Denitrifikationseffizienz bei 44%. Letztere gibt an, wie gut Mikroorganismen den im Nitrat gebundenen Stickstoff in molekularen Stickstoff (N₂) und Stickoxide umwandeln können. Nach der Identifizierung der Bakterien- und Pilzstämme mittels Hochdurchsatzsequenzierung offenbarte eine Netzwerkanalyse, welche Arten besonders gut für eine Kombination geeignet sind.

Großes Potenzial für die Biotechnologie

„Es ist uns gelungen, denitrifizierende Bakterien-Pilz-Gruppen zu identifizieren, die das Potenzial haben, Nitrat besonders gut aus dem Wasser zu entfernen. Das ist ein wichtiger Schritt, um mikrobielle Konsortien für eine optimale Wasseraufbereitung zusammenzustellen“, erklärt Hans-Peter Grossart, IGB-Forscher und Mitautor der Studie. Auch wenn solche mikrobiellen Allianzen in der Wasserreinigung neu sind, sind die Forschenden überzeugt, dass diese Mikrobengemeinschaft die Biotechnologie maßgeblich prägen wird.

bb