Abwasser als Lebensraum
Kläranlagen gelten als technische Einrichtungen, doch biologisch sind sie hochkomplex und stellen im Grunde ein eigenes Ökosystem dar.
Milliarden Mikroorganismen arbeiten dort täglich daran, Schadstoffe aus Abwasser zu entfernen, damit wir wieder sauberes Wasser haben. Tatsächlich sind aber längst nicht alle Mikroorganismen und ihre Aufgaben in diesem komplexen Ökosystem bekannt.
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie hat nun gezeigt, dass spezialisierte Bakterien, die im Inneren einzelliger Wimperntierchen (Ciliaten) leben, in Kläranlagen weltweit verbreitet sind und dort Aufgaben übernehmen, die bisher wenig Beachtung gefunden haben.
Diese endosymbiotischen Bakterien übernehmen in ihrem Wirt zentrale Stoffwechselaufgaben und agieren ähnlich wie Mitochondrien: Sie liefern Energie. Allerdings auf einen durchaus ungewöhnlichen Weg.
Die Symbionten nutzen dafür Nitrat, das bei der biologischen Abwasserreinigung aus Ammonium entsteht. Bei der sogenannten Denitrifikation reduzieren sie das Nitrat schrittweise zu gasförmigen Stickstoffverbindungen. Viele dieser Bakterien können den Prozess bis zum harmlosen Stickstoffgas (N₂) fortführen und so zur Stickstoffentfernung beitragen.
In etwa der Hälfte der weltweit untersuchten Kläranlagen ließen sich solche Partnerschaften nachweisen. Damit sind sie offenbar ein bislang übersehener, aber funktionell relevanter Teil des Abwasser-Mikrobioms.
Doch die Studie zeigt auch eine problematische Seite. Bei der weltweit verbreiteten Art Candidatus Azoamicus parvus fehlt das Enzym, mit dem das Zwischenprodukt Lachgas zu Stickstoffgas reduziert wird.
Die Forschenden vermuten deshalb, dass diese Bakterien Lachgas freisetzen könnten, ein starkes Treibhausgas. Ausgerechnet eine Symbiose, die am Stickstoffabbau beteiligt ist, könnte somit auch zur Klimabelastung beitragen. Wie groß dieser Beitrag tatsächlich ist, bleibt allerdings noch ungeklärt.
Die Ergebnisse machen deutlich, wie eng Nutzen und Nebenwirkungen mikrobieller Prozesse miteinander verknüpft sein können und gleichzeitig, wie erstaunlich wenig wir über die detaillierten Prozesse bescheid wissen. Hier muss offensichtlich noch einigen an Wissen und Verständnis gewonnen werden, damit diese biochemischen Kreisläufe am Ende auch wirklich nachhaltig genutzt werden können.
Es bleibt also noch so einiges zu erforschen!
📖 Nicolas-Asselineau et al. (2025), ISME Communications
https://doi.org/10.1093/ismeco/ycaf209
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