Mikroben auf Mission zur Sanierung von Europas vergifteten Böden
Von der EU finanzierte Forschende wenden sich an die Reinigungsmannschaft der Natur, um giftige Verschmutzungen von Böden durch Industrieabfälle zu bekämpfen.
Außerhalb der nordspanischen Bergstadt Sabiñánigo steht eine verlassene Chemiefabrik auf einem Gelände, das nach jahrzehntelanger Produktion von Lindan, einem mittlerweile weltweit verbotenen Pestizid, noch immer gezeichnet ist. Die Herstellung hat tausende Tonnen giftiger Abfälle hinterlassen. Die Produktion wurde in den 1980er Jahren eingestellt, aber Hexachlorcyclohexan (HCH), das hauptsächliche Nebenprodukt des Pestizids, gelangt weiterhin in den umliegenden Boden und in das Grundwasser.
HCH ist giftig für Menschen, Tiere und Wasserorganismen. Außerdem ist dieser Stoff bioakkumulierbar, er kann sich also im Gewebe lebender Organismen anreichern und über die Nahrungskette weitergegeben werden. Darum ist er ein wichtiges Ziel bei Umweltsanierungsmaßnahmen. Ein von der EU finanziertes Wissenschafterteam untersucht, wie man die natürlichen Reinigungskräfte der Natur – im Boden lebende Bakterien und Mikroorganismen – nutzen kann, um die Verschmutzung auf natürliche Weise abzubauen. Wenn sie erfolgreich sind, könnte ihre Methode in ganz Europa, wo die Bodengesundheit seit Jahrzehnten stetig abnimmt, angewendet werden.
„Wir versuchen zu verstehen, welche Mikroben welche spezifischen Funktionen erfüllen und wie sie zusammenarbeiten. Ist das Mikrobiom des Bodens gesund, kann sich der Boden wieder erholen“, meint Dr. Rocio Barros García, eine führende Umweltbiotechnologin an der Universität von Burgos in Spanien. Genau wie das Darm-Mikrobiom dem Körper bei der Verdauung von Nahrung hilft, können Mikroben in Boden und Wasser Enzyme produzieren, die organische Schadstoffe in der Umwelt abbauen. Dieser Prozess wird als biologische Sanierung bezeichnet.
Von Bodenproben zu Laborergebnissen
In Spanien arbeitet Dr. Barros Garcia am Internationalen Forschungszentrum für kritische Rohstoffe. Sie und ihr Team haben im Rahmen einer EU-finanzierten Forschungsinitiative namens BIOSYSMO Bodenproben aus Sabiñánigo gesammelt und die dortige Bodenumgebung im Labor nachgebildet. Ziel ist, das Bodenmikrobiom besser zu verstehen. Der Standort Sabiñánigo ist einer von fünf Standorten, die von einem Forscherteam im Rahmen dieses vierjährigen Projekts, das im August 2026 endet, untersucht werden.
An der Initiative beteiligen sich Universitäten, Forschungsinstitute sowie Unternehmen aus Spanien, Frankreich, Slowenien, Portugal, Deutschland, Belgien und Großbritannien. Das internationale Team untersucht, wie Biosysteme aus Bakterien, Pilzen und Pflanzen dazu beitragen können, giftige Chemikalien in verschmutzten Böden abzubauen. Die Arbeit ist von großer Bedeutung, da es in der EU schätzungsweise 2,8 Millionen potenziell kontaminierte Standorte gibt, von Deponien über alte Bergwerke und Tankstellen bis hin zu stillgelegten Industriegebieten.
Aus dem Labor ins Freiland
Das BIOSYSMO-Team testet eine Reihe von Strategien zur biologischen Sanierung. Zum Einsatz kommen verschiedenste Kombinationen aus Bakterien, Pilzen und Pflanzen als biologisch-elektrochemische Systeme, in denen Mikroorganismen durch die Interaktion mit Elektroden einen schwachen elektrischen Strom erzeugen, während sie Schadstoffe abbauen. Dies kann dazu beitragen, Schadstoffe im Boden, Grundwasser, Abwasser oder in Sedimenten von Flussmündungen und Küstengebieten schneller zu beseitigen.
Dr. Sara Gil-Guerrero von IDENER, einem Forschungs- und Ingenieurbüro in Sevilla, erklärt, dass das Ziel darin bestehe, natürliche Verbündete im Boden zu identifizieren und ihre Reinigungsaktivität zu verbessern, indem gut zusammenwirkende Kombinationen von Organismen entwickelt und optimiert werden. „Ein wichtiger Teil des Projekts bestand darin, die Hauptakteure unter den bereits in kontaminierten Böden vorhandenen Organismen zu identifizieren, damit wir die Schlüsselkomponenten für die Entwicklung neuer Ansätze aufdecken können.”
Ein von IDENER entwickeltes Berechnungsmodell unterstützt die experimentelle Arbeit, indem es den Schadstoffabbau durch mikrobielle Gemeinschaften modelliert. Durch die Analyse genetischer Daten aus kontaminierten Böden können Forscher die besten mikrobiellen Kombinationen vor Beginn der Feldversuche vorhersagen.
Erfassung von Mikroben
Die Sanierung von Sabiñánigo wird zudem durch eine weitere EU-finanzierte Forschungsinitiative namens MIBIREM unterstützt, an der Forscher und Unternehmen aus Österreich, Belgien, Frankreich, Deutschland, Italien und den Niederlanden beteiligt sind. Die MIBIREM-Partner arbeiten eng mit dem BIOSYSMO-Team zusammen, um optimale Kombinationen von Mikroorganismen zur Beseitigung industrieller Bodenverschmutzungen zu ermitteln.
Sie entwickeln außerdem einen „Werkzeugkasten“ für die biologische Sanierung durch Mikroorganismen. Dieser wird Methoden, Leitlinien und Ressourcen enthalten, die andere Wissenschafter, Sanierungsexperten oder Regierungen nutzen können, um ähnlich kontaminierte Gebiete in ganz Europa zu sanieren. Laut einer Studie des MIBIREM könnte diese Art der mikrobiellen Sanierung 20 bis 50 Prozent kostengünstiger sein als herkömmliche Methoden und 70 bis 90 Prozent weniger CO2-Emissionen verursachen.
„MIBIREM hat sich zum Ziel gesetzt, kontaminierte Standorte auf umweltverträglichere Weise, mit weniger Treibhausgasemissionen und geringerem Energieverbrauch, zu sanieren“, erklärt David Donnerer, MIBIREM-Projektleiter bei der RTDS Group, dem österreichischen Partner, der die Forschungsarbeiten des Projekts koordiniert. Das MIBIREM-Team arbeitet an zwei Pilotstandorten in Deutschland: in Bitterfeld, wo es sich auch mit der HCH-Kontamination durch Lindan befasst, und in Stockach, wo es in einem ehemaligen Gaswerk daran arbeitet, die Cyanidverschmutzung zu beseitigen.
In Frankreich konzentriert man sich auf die Reduzierung von Erdölkohlenwasserstoffen in einer ehemaligen Seifenfabrik außerhalb der Stadt Ploufragan in der Bretagne. Die Forschenden untersuchen auch, wie spezielle Bakterien, die im Griftpark in Utrecht in den Niederlanden entdeckt wurden, dazu beitragen könnten, die schädlichen Erdölkohlenwasserstoffe abzubauen, die dort aus der früheren Nutzung des Parks als Gaswerk zurückgeblieben sind.
Schutz unserer Böden
Eine gute Bodenqualität ist lebenswichtig, doch ein Großteil der Böden in Europa ist in schlechtem Zustand. Mehr als 60 Prozent davon gelten derzeit als nicht intakt. Um dieser umfassenderen Herausforderung zu begegnen, hat sich die Mission „A Soil Deal for Europe“ (Ein Bodenabkommen für Europa), eine der fünf großen Forschungsmissionen der EU, zum Ziel gesetzt, die Bodengesundheit auf dem gesamten Kontinent zu verbessern.
BIOSYSMO und MIBIREM werden zwar im Rahmen von „Horizont Europa“ finanziert, ihre Arbeit ergänzt jedoch die Ziele der Mission, indem sie zur Entwicklung sauberer und gesünderer Böden in ganz Europa beiträgt.
Langsam aber sicher
Angesichts dieser allgemeinen Bemühungen um gesündere Böden hoffen sowohl das BIOSYSMO- als auch das MIBIREM-Team, dass die biologische Sanierung in der künftigen Biotechnologiepolitik der EU an Bedeutung gewinnen und regulatorische Hürden und andere Herausforderungen überwinden wird. Dazu gehören gesetzliche Beschränkungen für Feldversuche mit gentechnisch veränderten Organismen, für die eine ausdrückliche Genehmigung nationaler Behörden sowie die Erstellung detaillierter technischer Dossiers und Risikobewertungen erforderlich sind.
Obwohl die biologische Sanierung keine schnelle Lösung ist – es kann einige Zeit dauern, bis die Natur ihre Arbeit getan hat – ist Barros García davon überzeugt, dass dieser Ansatz chemische Methoden übertreffen und den Boden durch die Rückführung von Nährstoffen nach und nach wiederherstellen kann. „Die Arbeit mit Mikroorganismen ist nicht immer einfach, aber es ist sehr motivierend zu wissen, dass es sich um eine nachhaltige Technologie handelt. Und es funktioniert. Wir müssen nur noch herausfinden, wie wir das global skalieren können.”
Von Ali Jones
Weitere Informationen:
Die in diesem Artikel beschriebene Forschung wurde vom Horizon-Programm der EU gefördert. Die Ansichten der Befragten spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der Europäischen Kommission wider. Dieser Artikel wurde ursprünglich in Horizon, dem EU-Magazin für Forschung und Innovation, veröffentlicht.