ModCom - Beseitigung von organischen Spurenstoffen durch funktionelle mikrobielle Modellgemeinschaften

Organische Spurenstoffe (trace organic chemicals: TOrCs) wie Arzneimittel, Körperpflegeprodukte und Pestizide geben zunehmend Anlass zur Sorge über ihre Auswirkungen auf die aquatische Umwelt. Diese anthropogenen Verbindungen gelangen in die Abwassersysteme und werden anschließend in die natürlichen Gewässer eingetragen, was dazu führt, dass sie häufig in Oberflächen-, Grund- und sogar Trinkwasser in Konzentrationen von wenigen ng/L bis zu mehreren µg/L nachgewiesen werden. Rückstände dieser Chemikalien können auch in solch geringen Konzentrationen noch schädliche Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme haben. Im Allgemeinen bieten Kläranlagen die erste Möglichkeit zur Beseitigung von TOrCs. Allerdings sind herkömmliche Abwasserbehandlungsverfahren nicht für die Beseitigung solcher Substanzen ausgelegt. Mikrobengemeinschaften, die über ein hohes Potenzial verfügen, TOrC über enzymatische Abbauprozesse zu entfernen, könnten eine vielversprechende und kostengünstige Behandlungsmethode darstellen. Um den biologischen Aufbereitungsprozess besser anwenden und steuern zu können, ist ein umfassendes Verständnis der Biotransformationsmechanismen von TOrC und der Wechselwirkungen innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaften erforderlich. Dies ist jedoch eine schwierige Aufgabe, da die immense taxonomische und funktionelle Vielfalt der meisten natürlichen mikrobiellen Gemeinschaften sie für umfassende mechanistische Studien unzugänglich macht, und somit ein Bedarf an überschaubaren und weniger komplexen Modellgemeinschaften besteht. Eine Modellgemeinschaft ist definiert als eine geschlossene Ansammlung von Mikroorganismen, die das systemische Verhalten ökologischer Gemeinschaften unter kontrollierten Bedingungen darstellt oder nachahmt. In diesem Projekt etablieren wir Modellgemeinschaften aus verschiedenen Umweltquellen, die in der Lage sind, divergierende TOrCs zu transformieren. Die Ziele dieses Projekts sind:

1. Untersuchung der Auswirkungen von Umweltfaktoren (z.B. Qualität/Menge der Kohlenstoffquelle, Biodiversität/Herkunft der Inokulum-Gemeinschaften) auf das Wachstum der Modellgemeinschaften und ihre Leistung bei der Beseitigung von TOrCs.

2. Entschlüsselung der Biotransformationswege von TOrCs und der beteiligten Enzyme und funktionellen Genen.

3. Untersuchung der Interaktionen zwischen den Arten in der Gemeinschaft und des Einflusses von Interaktionen auf die Biotransformation von TOrCs.

Um diese Ziele zu erreichen, wird die Methode der „Verdünnung bis zur Auslöschung“ verwendet, um Modellgemeinschaften zu kultivieren. Es werden anschließend metagenomische und metatranskriptomische Analysen durchgeführt, um die taxonomische Zusammensetzung, mikrobielle Interaktionen und Funktionen zu identifizieren. LC-MS/MS wird eingesetzt, um den Abbau und die Nebenprodukte verschiedener Gruppen von TOrCs zu untersuchen. Die Ergebnisse dieses Projekts werden zu unserem Wissen über die Biotransformationsmechanismen von unterschiedlichen TOrCs beitragen und helfen, grundlegende theoretische Konzepte für die Entfernung von TOrCs durch biologische Behandlung in Kläranlagen zu liefern.

 

 
Projektleiter Dr. Christian Wurzbacher
Sachbearbeiter M.Sc. Lijia Cao
Kooperationspartner Prof. Sarahi L. Garcia, Stockholm University
Förderung

TUM Junior Fellowship

China Scholarship Council