Neue Bakterienart in Abwasser beschrieben Mikrobielle Klimasünder in Kläranlagen

Anbieter zum Thema

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie Mikrobiologie

Van der Heijden Labortechnik GmbH

t & p Triestram & Partner GmbH

asecos GmbH

In der Abwasseraufreinigung spielen Mikroorganismen eine zentrale Rolle. Nun haben Forscher einen neuen Endosymbionten in Kläranlagen entdeckt, der weit verbreitet zu sein scheint und zudem das hochpotente Treibhausgas N₂O erzeugt.

Eine vielfältige Gemeinschaft von Mikroorganismen entfernt in Kläranlagen Schadstoffe aus landwirtschaftlichen, industriellen und häuslichen Abwässern und schützt damit unsere Gesundheit und die Umwelt. Bislang konzentrierte sich die Forschung vor allem auf freilebende Bakterien innerhalb dieser Gemeinschaft. Eine neue Studie zeigt nun, dass auch mikrobielle Symbiosen – Bakterien, die in anderen Mikroorganismen leben – dort weit verbreitet und aktiv sind.

Vor einigen Jahren entdeckte ein Forschungsteam um Jana Milucka vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie seltsame winzige Partnerschaften: Bakterien, die symbiontisch mit Ciliaten zusammenleben – das sind einzellige Lebewesen, die überall dort vorkommen, wo es Wasser gibt. Die Symbionten versorgen ihre Wirte, die Ciliaten, mit Energie, ähnlich wie Mitochondrien unsere eigenen Zellen mit Energie versorgen – eine bis dahin beispiellose Verbindung. Die Daten der Forschenden deuteten darauf hin, dass diese Organismen besonders häufig in Abwässern vorkommen könnten. So beschlossen Milucka und ihr Team, dort weiter zu suchen.

Schlammauftrieb in Kläranlagen nachhaltig vermindern

Schlammschlacht in der Kläranlage: wie räuberische Einzeller für Ordnung sorgen

Weit verbreitet im Abwasser-Mikrobiom

Durch die Analyse von Daten aus Kläranlagen auf der ganzen Welt haben die Forschenden 14 neue Arten dieser endosymbiotischen Bakterien identifiziert. „Durch die so genannte Denitrifikation helfen die Bakterien, Nitrat aus dem Abwasser zu entfernen. Gleichzeitig unterstützen sie ihre Wirte bei der Energiegewinnung, indem sie schädliche Nitrate in Stickstoffgas umwandeln“, erklärt Erstautorin Louison Nicolas-Asselineau.

Die Forschenden fanden solche Symbiosen in bis zu der Hälfte aller untersuchten Kläranlagen. Sie sind also vermutlich ein wichtiger, aber bislang übersehener Teil des Ökosystems. Und möglicherweise gibt es noch mehr davon: „Wir haben festgestellt, dass die Zahl der Symbionten in den einzelnen Kläranlagen zeitlich stark schwankt. Es ist also gut möglich, dass wir einige übersehen haben.“

Bedenklich für das Klima

Denitrifizierende Endosymbionten, darunter auch die neu identifizierten Arten aus Kläranlagen, verfügen typischerweise über einen vollständigen Denitrifikationsweg. Sie können also Nitrat vollständig zu Stickstoffgas (N₂) veratmen. Darüber hinaus besitzen die meisten dieser Endosymbionten auch ein Enzym namens Cytochrom-cbb3-Oxidase, das es ihnen ermöglicht, neben Nitrat auch Sauerstoff zu veratmen.

Eine Art sticht jedoch hervor: Candidatus Azoamicus parvus kann nicht nur keinen Sauerstoff veratmen, sondern kann auch Lachgas (N₂O), ein Zwischenprodukt im Denitrifikationsprozess, nicht weiter abbauen. Statt N₂O in harmloses N₂ umzuwandeln, setzt sie dieses starke Treibhausgas also in das umgebende Wasser frei. Lachgas ist 300-mal stärker als Kohlenstoffdioxid, und die Abwasserbehandlung trägt bekanntermaßen zu den vom Menschen verursachten N₂O-Emissionen in die Atmosphäre bei.

Es ist besorgniserregend, dass gerade diese Art weltweit in Kläranlagen häufig zu finden ist. „Dies ist das erste Mal, dass wir einen denitrifiziernden Endosymbionten gefunden haben, der Lachgas produziert, und zufällig ist es ausgerechnet derjenige, der in Kläranlagen am weitesten verbreitet ist“, sagt Jana Milucka, die leitende Autorin der Studie.

Abwasserbehandlung ist einer der größten Anwendungsbereiche der Mikrobiologie und entscheidend, um Umwelt und Gesundheit zu schützen. Die mikrobiellen Partnerschaften wurden bislang weitgehend übersehen. „Wir waren sehr überrascht, dass denitrifizierende Endosymbiosen in Abwässern so häufig vorkommen und weit verbreitet sind, da in diesen Systemen sehr veränderliche Bedingungen und starker ökologischer Druck herrschen“, sagt Erstautorin Nicolas-Asselineau. „Unsere Studie unterstreicht, wie wichtig es ist, die an den Klärprozessen beteiligten Mikroorganismen besser zu verstehen. Sie könnten der Schlüssel zur Verbesserung der Abwasserbehandlung und zur Verringerung ihrer Umweltauswirkungen sein.“

Originalpublikation: Louison Nicolas-Asselineau, Daan R Speth, Linus M Zeller, Ben J Woodcroft, Caitlin M Singleton, Lei Liu, Morten K D Dueholm, Jana Milucka: Occurrence and temporal dynamics of denitrifying protist endosymbionts in the wastewater microbiome, ISME Communications, Volume 5, Issue 1, January 2025; DOI: 10.1093/ismeco/ycaf209

(ID:50672870)