Bioremediation: Biologischer Abbau organischer Schadstoffe verstehen

Bakterieller biologischer Abbau

Die U.S. Environmental Protection Agency beschreibt Bioremediation als „eine Behandelbarkeitstechnologie, die biologische Aktivität nutzt, um die Konzentration und/oder Toxizität eines Schadstoffs zu reduzieren.“ Dieser Prozess wird unterschiedlich als Biotransformation oder biologischer Abbau bezeichnet. Bakterien spielen in diesem Prozess eine prominente Rolle, da sie toxische organische Verbindungen auf molekularer Ebene zersetzen können, als Alternative zum Entfernen von Boden vor Ort zu einem teuren Prozess der Verbrennung und Verglasung – oder zum Einschließen von Verbindungen in Feststoffen.

Endophytische und Rhizospherische Bakterien

Boden, der von toxischen organischen Verbindungen verschmutzt ist, kann durch den Abbau der Schadstoffe mit endophytischen oder rhizospherischen Bakterien saniert werden. Endophytische Bakterien sind nichtpathogene Bakterien, die in Pflanzen leben; rhizospherische Bakterien assoziieren mit Pflanzen um die Wurzelsysteme herum. Endophytische Bakterien nehmen Verbindungen in die Pflanzen auf und vollziehen den biologischen Abbau einiger Verbindungen; rhizospherische Bakterien kommen direkt im Boden mit Schadstoffen in Kontakt. Unbehandelter Boden in der Nähe von Pflanzenwurzeln enthält mehr als 300-mal so viele Bakterien wie Boden ohne Pflanzenwurzeln.

Pappeln und Erbsen

Experimente zum endophytischen biologischen Abbau haben zu zwei sehr vielversprechenden Methoden der Bodensanierung geführt. Bei einer Methode verwenden Forscher einen Hybrid-Pappelbaum – Populus deltoides x Populus nigra – der ein methylotrophes endophytisches Bakterium enthält, das sich als wirksam gegen flüchtige organische Verbindungen – wie die oben genannten Benzol und Toluol – und Sprengstoffrückstände erwiesen hat. Die andere Methode besteht darin, Mitglieder der Erbsenfamilie mit Pseudomonas-Bakterien zu impfen. Diese geimpften Pflanzen zersetzten erfolgreich chlorierte organische Herbizide.

Der Kern der Sache

Petroleum und Steinkohlenteer erzeugen Naphthalin, eine toxische organische Verbindung, die auch in Mottenkugeln vorkommt. Naphthalin schädigt Pflanzenwurzeln; Experimente mit Pseudomonas-Bakterien, die dem rhizospherischen Ökosystem von Gräsern zugesetzt wurden, haben jedoch in dieser Umgebung gedeiht und scheinen die Wurzeln vor den Auswirkungen von Naphthalin zu schützen. Die mehrjährige Hülsenfrucht Gemeine Wickenraute hat sich bei der biologischen Abbaulichkeit von BTEX und anderen Verbindungen, die durch Öl und Benzin abgelagert werden, durch die rhizospherische Aktivität von Bakterien und Pilzen als wirksam erwiesen.