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Neues Verfahren im Laborversuch

18.08.1998 - (idw) Universität Fridericiana Karlsruhe (T.H.)


2.000-fache Vergrößerung des Gels, in das die Weißfäulepilze bei der "Gel-Einschluß-Immobilisierung" eingeschlossen werden. Deutlich zu erkennen ist das Grundgerüst des Gels, das normalerweise mit Wasser gefüllt ist.
Die 20.000-fache Vergrößerung des Gel-Grundgerüsts zeigt, daß dessen Gitterwände nicht massiv, sondern porös und wasserdurchlässig sind - der Pilz kann dadurch optimal mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden.(links) Weißfäulepilze(rechts) Nr. 90 / 17. August 1998 / sho


Neues Verfahren im Laborversuch:

Weißfäulepilze zum Abbau
wasser- und bodengefährdender Stoffe
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Ein neues Verfahren zur Aufbereitung von Abwasserströmen mit Hilfe von Weißfäulepilzen steht im Mittelpunkt eines Forschungsprojekts, das das Institut für Ingenieurbiologie und Biotechnologie des Abwassers am Forschungszentrum Umwelt (FZU) der Universität Karlsruhe (Dr.-Ing. Erich Leidig, Dipl.-Ing. Kristina Greiff) gemeinsam mit der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL), Braunschweig, durchführt.

"Gel-Einschluß-Immobilisierung" heißt die Methode, bei der Weißfäulepilze in ein Gel eingeschlossen werden, das aus einem gitterförmigen Grundgerüst und zum größten Teil aus Wasser besteht. Dieses Gel ist hochelastisch und mechanisch stabil. Die damit hergestellten Kugeln, 1 bis 2 mm groß, erlauben es dem Pilz, im Inneren zu wachsen und seine Enzyme zu produzieren, mit deren Hilfe eine Vielzahl von wasser- und bodengefährdenden Stoffen abgebaut oder einem weiteren bakteriellen Abbau zugänglich gemacht werden kann. Man bezeichnet diese Kugeln mit dem darin eingeschlossenen Pilz auch als Immobilisate.

Zum Hintergrund: Viele umweltgefährdende Problemstoffe können sich weitgehend einem bakteriellen Abbau entziehen, was meist auf ihre geringe Wasserlöslichkeit, ihre Toxizität oder eine nahezu vollständige Anlagerung (Adsorption) an feste Oberflächen zurückzuführen ist. Zum Abbau bestimmter aromatischer Kohlenwasserstoffe beispielsweise müssen die Bakterien diese Stoffe erst einmal in ihre Zelle aufnehmen. Dies gelingt meist nur, wenn die Stoffe in gelöster Form vorliegen und eine gewisse Größe nicht überschreiten. Zusätzlich sind die am Abbau beteiligten Enzyme wirkungs- und substratspezifisch, das heißt sie können nur einen bestimmten Stoff in einen bestimmten anderen überführen (Schlüssel-Schloß-Prinzip).

Anders die Weißfäulepilze: Sie produzieren bei Nahrungsmangel Enzyme, die außerhalb der Zelle und unabhängig vom vorliegenden Schadstoff arbeiten. Es handelt sich um ein radikalisch wirkendes, extrazelluläres Enzymsystem. In der Natur findet dies auf abgestorbenen Baumstämmen statt, die von Weißfäulepilzen besiedelt sind. Sobald keine ausreichende Nahrung mehr vorhanden ist, produziert der Pilz
diese Enzyme. Die Enzyme wiederum produzieren kleine aggressive Stoffteilchen (Radikale), die dem gitterförmigen Holzbestandteil Lignin negative geladene Teilchen, sogenannte Elektronen, entziehen. In der Folge wird das Gitter aufgelöst, und aus dem Holz und dem Lignin werden die notwendigen Nährstoffe freigesetzt, wodurch aus einem ehemals stabilen Stück Holz krümmelige Zellulose wird. Solche Umsetzungen erfolgen zwar langsamer als Umsetzungen beim bakteriellen Abbau, umfassen aber ein breiteres Spektrum an transformierbaren Substanzen.

Im Rahmen der Boden- und Grundwassersanierung kann der Weißfäulepilz auf diese Weise eine Reihe von Schadstoffen abbauen oder einem weiteren bakteriellen Abbau zugänglich machen: Vor allem polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) oder Monoaromaten wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol (BTEX), die meist durch Leckagen von Kraftstofftanks oder Pipelines in die Umwelt gelangen. Mit Hilfe dieser Mikroorganismen kann aber auch mit Sprengstoff verseuchter Boden, farbstoffhaltige Abwässer oder Abwässer aus der Papierindustrie aufbereitet werden.

Die "Gel-Einschluß-Immobilisierung", die das Institut für Ingenieurbiologie und Biotechnologie des Abwassers untersucht, hat gegenüber bisherigen Reaktorsystemen mit Weißfäulepilzen als Biokatalysatoren eine Reihe von Vorteilen. An erster Stelle steht der Schutz vor äußeren Einflüssen, den das Gel dem Pilz bietet: So können Bakterien praktisch nicht in das gitterförmige Grundgerüst eindringen und den Pilz verdrängen und deaktivieren. Dadurch ist es denkbar, in ein und demselben Reaktorsystem mit Bakterien und Pilzen als Biokatalysatoren zu arbeiten, was synergistische Effekte beim Abbau von Schadstoffen verspricht.

Ökonomisch von Vorteil ist die Tatsache, daß die Immobilisate einfach herstellbar, lange lagerbar und in verschiedensten Reaktortypen einsetzbar sind. Wird beispielsweise der Biokatalysator durch Unachtsamkeit vergiftet, kann er innerhalb kürzester Zeit ausgetauscht und erneuert werden. Eventuelle Standzeiten werden dadurch minimiert.

Nähere Informationen:
Dr.-Ing. Erich Leidig
Institut für Ingenieurbiologie und Biotechnologie des Abwassers
Tel. 0721/608-6660

Die Presseinformation ist ebenso wie die nachfolgenden Abbildungen
auch im Internet unter folgender Adresse abrufbar:
http://www.uni-karlsruhe.de/~presse/Pressestelle/pi090.html


Die "Gel-Einschluß-Immobilisierung"
im Rasterelektronenmikroskop


2.000-fache Vergrößerung des Gels, in das die Weißfäulepilze bei der "Gel-Einschluß-Immobilisierung" eingeschlossen werden. Deutlich zu erkennen ist das Grundgerüst des Gels, das normalerweise mit Wasser gefüllt ist.

Die 20.000-fache Vergrößerung des Gel-Grundgerüsts zeigt, daß dessen Gitterwände nicht massiv, sondern porös und wasserdurchlässig sind - der Pilz kann dadurch optimal mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden.

Weißfäulepilze, die in das Gel-Gerüst eingeschlossen wurden

Bilder: Peter Pfundstein
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