Wie der Austernpilz Abwässer von Arzneimittelrückständen befreien kann

Eine überraschende Entdeckung aus der Johns Hopkins University

Wissenschaftler der Johns Hopkins University starteten ein ungewöhnliches Experiment: Sie wollten herausfinden, ob gewöhnliche holzzersetzende Pilze in der Lage sind, Medikamentenrückstände in Klärschlamm abzubauen — bevor dieser als Dünger auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht wird. Die Ergebnisse übertrafen alle Erwartungen.

Moderne Antidepressiva und Psychopharmaka sind bewusst so entwickelt, dass sie möglichst lange im Körper wirken. Nach der teilweisen Ausscheidung gelangen sie jedoch in die Kanalisation. Dazu kommt, dass viele Menschen unbenutzte Tabletten einfach in der Toilette entsorgen. Herkömmliche Kläranlagen schaffen es zwar, einen Großteil der Schadstoffe zu entfernen — mit den Wirkstoffen aus Arzneimitteln kommen sie jedoch kaum zurecht.

Was Biofeststoffe sind und warum sie ein Problem darstellen

Nach dem Klärprozess entsteht ein nährstoffreiches Material, das sogenannte Biosolid oder aufbereiteter Klärschlamm. In den USA wie auch in vielen europäischen Ländern wird dieses Material regelmäßig als Bodenverbesserer oder Düngemittel eingesetzt. Doch gemeinsam damit können auch Spuren von Arzneimitteln auf die Felder gelangen — darunter Antidepressiva und Beruhigungsmittel.

Studien deuten darauf hin, dass selbst scheinbar vernachlässigbare Konzentrationen von Arzneistoffen in der Umwelt das Verhalten von Wasser- und Bodenlebewesen beeinflussen können — und möglicherweise auch die menschliche Gesundheit. Eindeutige Beweise dafür, dass solche Mengen Menschen schaden, die Feldfrüchte von mit Biosoliden gedüngten Böden verzehren, fehlen bislang noch. Dennoch warnen Forscher, dass viele dieser Verbindungen sich in der Natur nur äußerst langsam abbauen.

Wie Weißfäulepilze die härtesten Materialien der Natur zersetzen

Das Forschungsteam setzte auf Organismen, die seit Millionen von Jahren erfolgreich mit einem der widerstandsfähigsten Materialien der Natur umgehen — dem Holz. Die Rede ist von Weißfäulepilzen, die für ihre Fähigkeit bekannt sind, Lignin abzubauen — jenes extrem zähe Bindemittel in pflanzlichen Zellwänden.

Im Gegensatz zu den meisten Bakterien geben diese Pilze leistungsstarke Enzyme mit einem sehr breiten Wirkungsspektrum in ihre Umgebung ab. Sie zielen nicht auf ein einzelnes Molekül — sie greifen ganze Gruppen komplexer organischer Verbindungen an und zerlegen sie in kleinere, meist leichter abbaubare Bestandteile.

Die Wissenschaftler wählten zwei gut bekannte Arten aus: Pleurotus ostreatus, hierzulande als Austernpilz beliebt, und Trametes versicolor, ein farbenfroher Konsolen-pilz, der an Baumstämmen wächst und auch als Schmetterlingstramete bekannt ist. Beide Arten sind wissenschaftlich gut beschrieben, leicht verfügbar und werden häufig in Umweltforschungsprojekten eingesetzt.

Wie das Experiment mit dem Klärschlamm ablief

Die Forscher entnahmen Biosolide aus einer realen städtischen Kläranlage und versetzten sie mit neun Arzneistoffen, die auf das zentrale Nervensystem wirken. Zu den getesteten Substanzen gehörten unter anderem bekannte Antidepressiva wie Citalopram und Trazodon.

Dieses präparierte Substrat diente anschließend als Nährboden für das Myzel des Austernpilzes und der Schmetterlingstramete. Die Pilze konnten bis zu sechzig Tage auf dem Schlamm wachsen. In regelmäßigen Abständen analysierten die Wissenschaftler, wie viel Wirkstoff in den Proben noch nachweisbar war.

Zum Vergleich wurden parallel dazu Tests in einem klassischen flüssigen Labormedium ohne Biosolide durchgeführt. So ließ sich überprüfen, wie das reale Schadstoffgemisch die Abbaueffizienz insgesamt beeinflusst.

Was die Ergebnisse nach zwei Monaten zeigten

Nach Ablauf von zwei Monaten hatten die Myzele beider Pilzarten die Konzentrationen von acht der neun untersuchten Substanzen deutlich reduziert. Die Abbauraten lagen zwischen rund fünfzig Prozent und einer nahezu vollständigen Eliminierung des jeweiligen Wirkstoffs aus den Biosoliden. Besonders beeindruckend schnitt der Austernpilz ab, der bei mehreren Arzneimitteln die Proben praktisch vollständig reinigte.

Interessant war zudem die Feststellung, dass der Abbau in einigen Fällen in Gegenwart von Biosoliden sogar besser funktionierte als in einer einfachen synthetischen Lösung. Das ist ein wichtiges Signal — denn Labortests in flüssigen Medien spiegeln nicht unbedingt wider, wie eine Technologie unter realen Bedingungen einer Kläranlage arbeitet.

Bauen die Pilze Arzneimittel wirklich ab — oder verstecken sie diese nur?

Die entscheidende Frage lautete: Nehmen die Pilze die Pharmawirkstoffe lediglich auf, oder zersetzen sie diese tatsächlich in weniger gefährliche Bestandteile? Um das zu klären, setzten die Forscher hochauflösende Massenspektrometrie ein, mit der sich die chemischen Veränderungen in den Proben über die Zeit verfolgen lassen.

Dabei identifizierten sie über vierzig neue Verbindungen, die durch die Wirkung der Pilzenzyme entstanden. In vielen Fällen wurden Arzneimittelmoleküle in kleinere Fragmente gespalten oder oxidiert — also mit einem Sauerstoffatom angereichert. Zur vorläufigen Bewertung der Toxizität dieser neuen Produkte kam ein Werkzeug der US-amerikanischen Umweltbehörde EPA auf Basis der Chemoinformatik zum Einsatz.

Das Modell deutete darauf hin, dass die meisten Umwandlungsprodukte für Lebewesen weniger gefährlich sein sollten als die ursprünglichen Wirkstoffe. Es handelt sich also nicht um eine bloße Verlagerung des Problems, sondern um eine echte chemische „Entgiftung“ der Biosolide — ein für die Umweltpolitik äußerst bedeutsamer Befund.

Was Mykoaugmentation ist und warum Kläranlagen sie interessiert

In der Wissenschaft gewinnt der Begriff Mykoaugmentation zunehmend an Bedeutung — darunter versteht man das gezielte Einbringen von Pilzen in kontaminierte Umgebungen, um den Abbau schädlicher Verbindungen zu beschleunigen. Diese Studie liefert überzeugende Argumente dafür, dass ein solches Verfahren auch im Kontext von Klärschlamm sinnvoll ist.

Weißfäulepilze bieten gegenüber teuren chemischen Verfahren oder aufwendigen Membranfiltern eine Reihe praktischer Vorteile:

• Sie können direkt auf festen Substraten wie Biosoliden wachsen, ohne komplexe Infrastruktur zu benötigen
• Sie funktionieren unter relativ milden Bedingungen — ohne hohe Temperaturen oder Druckverhältnisse
• Sie sind in der Natur weit verbreitet, wissenschaftlich gut dokumentiert und kostengünstig zu kultivieren
• Die von ihnen produzierten Enzyme wirken gegen ganze Gruppen von Verbindungen, nicht nur gegen eine einzige Art von Schadstoffen
• Für ihre grundlegenden Stoffwechselprozesse benötigen sie keinen Strom
• Die Abbauprodukte weisen eine geringere Toxizität auf als die ursprünglichen Arzneistoffe

Aus betrieblicher Sicht erscheint die Idee eines speziellen Moduls verlockend, durch das Biosolide vor dem Abtransport auf die Felder eine sogenannte „Pilzkur“ durchlaufen. Dieser ergänzende Schritt könnte nahtlos an bestehende Prozesse anknüpfen und das gesamte Niveau der ökologischen Sicherheit erheblich steigern.

Für die Bevölkerung ist diese Meldung auch eine Erinnerung: Eine Schlaftablette oder ein Antidepressivum, das morgens zum Kaffee eingenommen wird, verschwindet nicht spurlos aus dem Körper. Ein Teil des Wirkstoffs gelangt in die Kläranlage und von dort — in unterschiedlicher Form — weiter in die Umwelt. Da der weltweite Einsatz von Antidepressiva stetig zunimmt, wird der Druck, wirksamere Reinigungsmethoden zu entwickeln, weiter wachsen.

Hürden, die noch überwunden werden müssen

Trotz der vielversprechenden Ergebnisse ist der Weg vom Laborversuch zum industriellen Einsatz noch weit. Eine der zentralen Aufgaben besteht darin zu überprüfen, wie die Pilze mit dem gesamten Schadstoffcocktail zurechtkommen, der in realem Schlamm aus verschiedenen Kläranlagen vorkommt — und nicht nur mit neun ausgewählten Wirkstoffen.

Ein weiteres Problem ist die Aufrechterhaltung des biologischen Gleichgewichts. In großtechnischen Anlagen sind Biosolide voller Bakterien und anderer Mikroorganismen, die mit dem Myzel um Raum und Nährstoffe konkurrieren können. Außerdem muss sichergestellt werden, dass mögliche Umwandlungsprodukte pharmazeutischer Verbindungen sich im Boden oder Wasser langfristig nicht in unerwünschter Weise anreichern.

Für Landwirte, die Biosolide nutzen, könnte eine solche pilzbasierte Vorbehandlung künftig ein starkes Argument darstellen — der Beweis, dass sie ein Düngemittel mit deutlich reduzierter chemischer Belastung ausbringen. Für Kläranlagenbetreiber wäre es ein Weg, immer strengere Grenzwerte für Mikroverunreinigungen zu erfüllen, ohne massiv in Hochtechnologie investieren zu müssen.

Und ein abschließender Gedanke, der zum Nachdenken anregt: Dieselben Enzyme, die Pilzen ermöglichen, Lignin und Psychopharmaka abzubauen, könnten sich auch als wirksam gegen andere persistente Schadstoffe erweisen — etwa Pestizide oder bestimmte Inhaltsstoffe aus Kosmetikprodukten. Sollte das durch weitere Studien bestätigt werden, könnte der Austernpilz und seine Verwandten zu einem festen Bestandteil moderner Abwasserreinigungssysteme werden.