In Kläranlagen

Unbekannter Stoffwechsel bei Mikroben entdeckt

(Bild: Universität Wien Wien)

Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle in den Stoffkreisläufen und somit für den Zustand der Erde. Zu ihnen zählen Ammonium-oxidierende Archaeen, deren Häufigkeitsnachweis bislang auf dem Nachweis des amoA-Gens beruhte. Ein Forschungsteam hat nun amoA-tragende Archaeen nachgewiesen, die nicht Ammonium oxidieren. Die Wissenschaftler publizierten ihren überraschenden Befund in der aktuellen Ausgabe der renommierten Zeitschrift "PNAS".

Während der Kohlenstoffkreislauf und das Eingreifen des Menschen in diesen wegen der Klimaerwärmung heutzutage in aller Munde ist, spielt der globale Kreislauf der Stickstoffverbindungen noch eine untergeordnete Rolle in der öffentlichen Diskussion. 

Dabei greift der Mensch auch in diesen Kreislauf vor allem über den sogenannten Nitrifikationsprozess, bei dem Mikroben Ammonium über Nitrit zu Nitrat umwandeln, massiv ein: Durch gewaltige Mengen an Abwasser und die Freisetzung von Dünger wird auch der globale Stickstoffkreislauf aus dem Gleichgewicht gebracht.

52 Kläranlagen untersucht
Vor diesem Hintergrund wollten die Wissenschaftler klären, ob die nitrifizierenden Archaeen auch in Kläranlagen eine Rolle spielen. Dazu untersuchten sie 52 Anlagen in Österreich, Deutschland und Großbritannien. Viele Vertreter dieser Mikroorganismen lassen sich nicht im Labor züchten. Deshalb wird ihre Häufigkeit meist über molekularbiologische Verfahren ermittelt. Dabei wird das amoA-Gen nachgewiesen, das für die Produktion eines Enzyms mitverantwortlich ist, das im Nitrifikationsprozess eine entscheidende Rolle spielt.

Zu ihrer Überraschung fanden die Forscher nur in vier Klärwerken größere Mengen von Archaeen. Und noch überraschender war, "dass sie dort etwas ganz anderes machen als erwartet", erklärte Michael Wagner, Leiter des Departments für Mikrobielle Ökologie an der Universität Wien. Er hat gemeinsam mit Andreas Richter vom Department für Chemische Ökologie und Ökosystemforschung und internationalen Kollegen die Arbeit durchgeführt.

amo-A-Gen kein Beweis für Ammoniumoxidierung
"Bisher gingen alle Umweltmikrobiologen davon aus, dass Archaeen, die dieses Gen besitzen, Ammonium oxidieren", so Wagner. Die Forscher konnten aber feststellen, dass die in den vier Kläranlagen gefundenen Archaeen nicht Ammonium zur Energieproduktion nutzen, sondern einen anderen, noch unbekannten Stoffwechsel besitzen. Der oft eingesetzte Nachweis von amo-A-Genen ist also kein sicherer Hinweis auf die Anwesenheit von Ammonium-oxidierenden Archaeen.

"Das hat Bedeutung für Hunderte andere Studien, auch solche von uns selbst, die nitrifizierende Archaeen über ihr amo-A-Gen in der Umwelt nachweisen", so Wagner. So wurde etwa behauptet, dass solche Archaeen in Böden viel wichtiger sind als nitrifizierende Bakterien. "Ich sage nicht, dass diese Studien alle falsch sind, aber es heißt: Vorsicht, passt auf, wie ihr die Daten interpretiert", betonte Wagner.

Mögliche Basis für Energieproduktion
Eine Hypothese über den Stoffwechsel der ungewöhnlichen Archaeen hat der Wissenschaftler: Einerseits wurden sie ausschließlich in Kläranlagen der ölverarbeitenden Industrie gefunden. Andererseits weiß man, dass die Enzymfamilie, zu der das Enzym des amo-A-Gens zählt, auch Mitglieder hat, die "ungewöhnliche organische Verbindungen umsetzen können", so Wagner, der deshalb vermutet, dass die Archaeen solche Verbindungen zur Energieproduktion nutzen.

Foto: Uni Wien