Sanierungskünstler Pilz
22. April 2012
Pilze sind der Schrecken vieler Hausbesitzer. Denn kein Organismus zersetzt Holz gründlicher als ein Pilz. Hat er sich erst einmal festgesetzt und kommt zusätzlich Feuchtigkeit hinzu, bleibt am Ende nur noch ein sprödes Gerüst zurück, das bei kleinster Belastung zu Staub zerfällt. Diese zerstörerische Kraft verdanken Pilze speziellen Enzymen, die es ihnen ermöglichen, Lignin zu zersetzen - also jenes Material, das dem Holz seine Festigkeit verleiht.
Universalwerkzeug gegen Kohlenwasserstoffverbindungen
Lignin ist ein komplexes aromatisches Makromolekül, das für die meisten Organismen, zum Beispiel Bakterien, nur sehr schwer zu knacken ist. Doch die Pilzenzyme - darunter vor allem sogenannte Laccasen - schaffen es.
Sie sind nicht wählerisch und eignen sich hervorragend, um Umweltschadstoffe anzugreifen, wie der Leipziger Umweltbiologe Dietmar Schlosser erläutert. "Laccasen unterscheiden nicht zwischen chemischen Strukturen, sondern gehen sowohl an polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe als auch an Dioxinstrukturen, an Sprengstoffe, wie Trinitrotoluol, also TNT, oder diverse Farbstoffe."
Viele dieser Schadstoffe können Pilze soweit zerlegen, dass nur noch Kohlendioxid und Wasser übrigbleiben. Andere wandeln sie in weniger giftige organische Verbindungen um. So haben es Bakterien im Anschluss leichter, diese weiter abzubauen. Und noch etwas kommt den Bakterien zugute. Durch die oxidativen Prozesse, welche die Enzyme vorantreiben, entstehen häufig wasserlösliche Verbindungen. Diese sind für Bakterien besser zugänglich und können von ihnen leichter abgebaut werden.
Kleine Pilze - gigantisch groß
Überhaupt arbeiten Pilze und Bakterien bei der Umweltsanierung eng zusammen. Die Pilze bilden im Boden oder im Holz sehr lange Stränge aus, sogenannte Pilzhyphen. An deren feuchter Oberfläche können Bakterien viele Meter weit wandern und gelangen dorthin, wo sie gebraucht werden.
"Das funktioniert wie eine Art Autobahn", erklärt Schlosser. Böden enthalten immer Poren, die mit Luft gefüllt sind. Für Bakterien bilden sie eine unüberbrückbare Barriere, denn sie brauchen einen Feuchtigkeitsfilm, um sich fortzubewegen. Pilzen dagegen gelingt es mithilfe ihrer Hyphen, diese luftgefüllten Zwischenräume zu überbrücken. So bilden sie regelrechte Brücken, über die die Bakterien ihr Ziel erreichen, so Schlosser.
Pilze eignen sich auch deshalb zur Bodensanierung, weil ihr unterirdischer Organismus - das Myzel - riesig werden kann. Es wurden sogar schon Myzele gefunden, die mehrere Hektar groß waren. Selbst wenn nur wenige Pilze in einer Gruppe zusammenstehen, verbirgt sich darunter immer ein sehr großes Myzel im Boden.
Das sei zum Beispiel der Fall mit sogenannten Hexenringen, erklärt der Biologe. Die Durchmesser solcher kreisrunder Pilzringe können mehrere Meter betragen und die Fläche darunter ist von dichtem Pilzmyzel durchzogen.
Pilz-Enzym-Nanopartikel für die Kläranlage
Nicht nur Böden, auch Gewässer lassen sich mithilfe von Pilzen reinigen. Forscher am Institut für Ecopreneurship der Fachhochschule Nordwestschweiz haben dafür spezielle Bio-Nano-Katalysatoren entwickelt. Dafür kultivierten die Wissenschaftler Austernpilze in großen Fermentern mit einem Volumen von bis zu 100 Litern. Danach regten sie den Pilz an, Laccase-Enzyme zu bilden. "Dafür muss man ihn ein bisschen mit bestimmten Chemikalien stressen", verrät Biologe Gregor Hommes das im Rahmen der europäischen Forschungsprojekte "LANCE" und "Minotaurus" entwickelte Verfahren. Die braune Brühe, die sich dabei bilde, enthalte die Laccase, sagt er.
In einem nächsten Schritt koppelt Hommes die so gewonnenen Laccase-Enzyme an Silizium-Dioxid-Nanopartikel. Diese Bio-Nano-Katalysatoren landen schließlich in einem speziellen Reaktor einer kommunalen Kläranlage, in der sich bereits gereinigte Abwässer befinden.
Medikamente und Weichmacher angreifen
Ganz sauber sind die Abwässer aber noch nicht. Zum Teil enthalten sie noch Arzneimittelrückstände oder hartnäckige Kosmetik-Reste. Auch Abwässer aus der Kunststoff verarbeitenden Industrie sind mit herkömmlichen Verfahren schwer zu reinigen, so Hommes: "Da werden Substanzen, wie Bisphenol A, Weichmacher und so weiter ins Abwasser abgegeben."
Diese Substanzen sind in herkömmlichen Kläranlagen nicht vollständig abbaubar. Kommen sie in die Flüsse, bleiben sie dort oft Monate oder Jahre erhalten und können unter anderem die Fruchtbarkeit von Fischen schädigen. Damit es nicht so weit kommt, wandeln die Pilz-Enzyme die Schadstoffe in der Versuchsanlage in größere Moleküle um.
Diese werden anschließend durch eine Membranfiltration abgefangen. "Das was übrig bleibt ist nicht mehr schädlich, weil die Substanzen zu groß sind", erklärt Hommes. Dieser Abfall wird zusammen mit dem Klärschlamm, der anfällt, in einer Müllverbrennungsanlage verbrannt.
Die Bio-Nano-Katalysatoren hingegen verbleiben im Klärbecken. Denn sie haben einen ganz entscheidenden Vorteil: Sie sind sehr viel wirksamer als reine Pilzenzyme ohne Nanoteilchen. Und sie sind viel länger haltbar: Während reine Pilzenzyme bereits nach zwei Tagen im Klärbecken ihre Funktion verlieren, sind die Bio-Nano-Katalysatoren noch nach drei Monaten wirksam.