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Eine grosse Zahl und Vielfalt von Chemikalien, die in Haushalten, im Gesundheitswesen, in der Industrie oder der Landwirtschaft eingesetzt werden, gelangen mit häuslichem und industriellem Abwasser in unsere Kläranlagen. Im biologischen Bereich der Kläranlagen kann ein Teil dieser Verbindungen gut abgebaut werden, während ein anderer Teil mit dem gereinigten Abwasser in unsere Flüsse gelangt. Dort können die chemischen Substanzen durch Gemeinschaften von Mikroorganismen im Flussbett potentiell weiter abgebaut werden, die verbleibenden Substanzen können aber auch Gewässerorganismen schaden oder durch Uferinfiltration Trinkwasserquellen verschmutzen. Noch ist sehr wenig bekannt, welche Mikroorganismen und Enzymsysteme für den Abbau von Chemikalien ausschlaggebend sind, was eine gezielte Verbesserung ihres Abbaus verunmöglicht.
Das übergeordnete Ziel dieses gemeinsam von SNSF und DFG finanzierten Projektes ist, ein verallgemeinerbares Verständnis des Abbaus von Schadstoffen durch mikrobiologische Gemeinschaften in Kläranlagen und Flüssen zu erzielen. Im Detail werden wir
(i) für über 200 verschiedene, in ihrer chemischen Struktur sehr unterschiedliche Substanzen, untersuchen wie sie in verschiedenen Kläranlagen und Flussbiofilmen abgebaut werden. Gleichzeitig werden wir
(ii) die Kläranlagen und Flussbiofilme im Bezug auf die vorhandenen Mikroorganismen und ihre Enzymsysteme charakterisieren. Aus der Zusammenschau dieser Ergebnisse werden wir
(iii) Hypothesen ableiten, welche Enzymsysteme massgeblich am Schadstoffabbau beteiligt sind, und dies mit biochemischen Laborversuchen zu bestätigen suchen. Wir erwarten, dass wir Substanzen, Mikroorganismen und/oder Enzyme definieren können, die als Indikatoren für die Schadstoffabbaukapazität von mikrobiellen Gemeinschaften eingesetzt werden können. Alle experimentellen Daten werden der internationalen Forschungsgemeinschaft für weitere Datenauswertungen über öffentlich verfügbare Datenbanken zur Verfügung gestellt, unter anderem über unsere eigene Datenbank zum mikrobiellen Schadstoffabbau envipath.org.
Wir erhoffen uns, mit unserer Arbeit einen grossen Schritt in Richtung eines besseren mechanistischen Verständnisses des Abbaus von chemischen Substanzen in natürlichen mikrobiellen Gemeinschaften zu machen. Dieses Verständnis wiederum ist notwendig, um ingenieurtechnische Innovationen in der biologischen Abwasserreinigung zu ermöglichen, und um in der industriellen Entwicklung neuer Chemikalien bewusst auf besser abbaubare Substanzen setzen zu können. Insgesamt soll unsere Forschung also zu einer Verminderung der Beeinträchtigung der Umwelt durch potentiell giftige, chemische Substanzen beitragen.