Auch Mikroben werden krank: In tiefen Sedimenten werden sie zum Opfer winziger Bakterien.

Winzige, räuberische Bakterien fallen über Mikroorganismen her. Diese Ultramikrobakterien sind beispielsweise in Kläranlagen und im Meeresboden weit verbreitet. Das zeigen Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen, ihre Ergebnisse stellen sie jetzt in der Zeitschrift Applied and Environmental Microbiology vor.

Den meisten Menschen sind Mikroben eher als Krankmacher und nicht als Opfer von Infektionen bekannt. Doch tatsächlich können auch sie Opfer von Bakterien werden, die sie krank machen und sogar fressen. Ein solches räuberisches Bakterium beschreibt nun der Bremer Forscher Jens Harder mit seinem Team vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie.

Der Täter: Lange undercover
Seit über zwanzig Jahren leben die räuberischen Bakterien schon weitgehend unbemerkt im Labor von Jens Harder am Bremer Max-Planck-Institut in einer sogenannten Anreicherungskultur. Sie leben davon, Limonen – den Duftstoff von Orangen – zu Methan umzuwandeln. Die Bakterien stammen ursprünglich aus dem Faulturm der Kläranlage in Osterholz-Scharmbeck. „Wir haben die neue Mikrobe Velamenicoccus archaeovorus genannt”, so Harder. „Es handelt sich dabei um ein Ultramikrobakterium – also einen besonders winzigen Vertreter aus der Welt der Mikroben, der nur 200 bis 300 Nanometer groß und damit im normalen Mikroskop unsichtbar ist.“ Zum Vergleich: Ein Mensch ist fast zwei Milliarden Nanometer groß. Ein paar Geheimnisse dieser winzigen Bakterien konnten nun gelüftet werden.

Das Opfer: Wichtig für die Biogasherstellung
Auch die zweite Hauptperson dieser Geschichte, das Opfer, finden wir in Kläranlagen: Methanosaeta, eine der häufigsten Mikroben der Welt, spielt dort eine entscheidende Rolle. Diese Archaee ist in Kläranlagen hauptsächlich für die Biogasherstellung verantwortlich. Zellen von Methanosaeta leben aneinandergereiht in einem schützenden Schlauch, einem Filament. Harder und sein Team konnten nun in Untersuchungen mit besonderen Farbstoffen und einem Spezialmikroskop nachweisen, dass einzelne Zellen in den Methanosaeta-Filamenten krank oder tot waren. Sie waren erschlafft und enthielten weder ribosomale Nukleinsäuren noch Erbgut – typische Bestandteile lebender Mikrobenzellen. Die Zellen waren vermutlich den Ultramikrobakterien zum Opfer gefallen: „Die Krankheitsverursacher sind aller Wahrscheinlichkeit nach anhaftende Bakterien, und diese anhaftenden Bakterien sind Velamenicoccus archaeovorus-Zellen“, erklärt Harder.

Die Tatwaffe? Ein riesiges Eiweiß
„Velamenicoccus archaeovorus ist keine Unbekannte“, so Harder weiter. „Wir kennen Teile des Erbguts aus tiefen Sedimenten und anderen sauerstofffreien Lebensräumen. Was sie da tut, war aber bislang nicht bekannt.“ Nun konnten die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie das Erbgut dieses Ultramikrobakteriums entschlüsseln und seine Eiweiße identifizieren und dadurch einige Geheimnisse des winzigen Räubers lüften. Besonders bemerkenswert ist ein auffallend großes Gen. „Während Proteine, wie wir die Eiweiße wissenschaftlich nennen, durchschnittlich aus 333 Aminosäuren bestehen, kodiert dieses Gen ein Protein mit 39678 Aminosäuren“, erklärt Harder. Damit wäre es eines der größten bekannten Proteine. Es wird in die Zellwand eingebaut und enthält auf seiner Oberfläche Proteinbereiche mit Enzymfunktionen, die ihm die Auflösung von Zellen ermöglichen. Hier liegt also vermutlich das tödliche Geheimnis von Velamenicoccus.

Ökologisch bedeutsam in tiefen Sedimenten?
Die Erkenntnis, dass wir es hier mit einem so „gefährlichen“ Bakterium zu tun haben, erlaubt auch einen neuen Blick auf eine ökologische Frage: Sedimente stecken voller Mikroorganismen, aber ihre Zahl nimmt mit zunehmender Tiefe ab. Je tiefer man kommt, desto weniger Zellen findet man. Bislang vermutete man, dass fortschreitendes Absterben von Zellen die Ursache ist. Nun eröffnet sich eine andere Möglichkeit: Mikroorganismen nutzen andere Mikroorganismen als Nahrungsquelle, und weil das nicht besonders effizient ist, geht das organische Material zusehends als Kohlendioxid und Methan verloren. „Ultramikrobakterien spielen demnach in Sedimenten eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung und Wiederverwertung von Biomasse und bewirken insgesamt eine Verringerung der Biomasse mit der Tiefe“, schließt Harder.

Übrigens: Velamenicoccus archaeovorus, die archaeenfressende Mikrobe, gehört zum Stamm der Omnitrophica – auf Deutsch der Allesfresser. Die Erkenntnis, dass sie als Räuber leben, zeigt jetzt erstmals, dass diese Bezeichnung wirklich zutreffend ist.

Beteiligte Institutionen
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen, Deutschland
Electron Microscopy Core Facility, EMBL Heidelberg, Heidelberg, Deutschland
Institut für Chemie und Biologie des Meeres, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Oldenburg, Deutschland
Abteilung für Pharmazeutische Biotechnologie, Institut für Pharmazie, Universität Greifswald, Deutschland
Max Planck Genome centre Cologne, Köln, Deutschland

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Jens Harder
Abteilung Molekulare Ökologie
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-7020
E-Mail: jharder@mpi-bremen.de

Dr. Fanni Aspetsberger
Pressereferentin
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-9470
E-Mail: presse@mpi-bremen.de
Dr. Fanni Aspetsberger Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie 

https://idw-online.de/de/news790648

In großen Teilen der Welt wird Wasser aus Grund- oder Oberflächengewässern gewonnen, um den Wasserbedarf der Bevölkerung zu decken. Diese Wasserressourcen stehen jedoch nicht unbegrenzt zur Verfügung. Der steigende Bedarf an Wasser ist mit der zunehmenden Bevölkerungszahl und der damit einhergehenden steigenden Nachfrage nach landwirtschaftlichen Erzeugnissen, Energie und Industrieprodukten zu erklären. Außerdem nehmen zusätzlich Dürrephasen klimawandelbedingt immer weiter zu. Es ist deshalb dringend notwendig, die bisherigen Wassermanagementansätze zu überdenken. Ein Projekt zur Abwasserwiederverwendung an der Hochschule Hof nimmt sich dieser Problematik an.

Besonders für die Landwirtschaft haben die Zeiträume mit Wasserknappheit negative Auswirkungen. Da durch den Mangel an Wasser das Pflanzenwachstum eingeschränkt ist, ist die Ertragssicherheit gefährdet. Um ein nachhaltiges Wassermanagement in allen Lebensbereichen zu gewährleisten, rückt deshalb die Abwasserwiederverwendung immer weiter in den Fokus. „Abwasserwiederverwendung bedeutet, dass Abwasser so aufbereitet wird, dass es an den späteren Nutzen und dem daraus resultierenden Qualitätsanspruch angepasst sein muss“, sagt Prof. Günter Müller-Czygan, Stiftungsprofessor an der Hochschule Hof und Leiter der Forschungsgruppe „Wasserinfrastruktur und Digitalisierung“.

Kommunales Abwasser für Abwasserwiederverwendung interessant
Da kommunales Abwasser mengenmäßig die größte zur Verfügung stehende Wasserquelle ist, sie gleichzeitig aber stets stark verschmutzt ist, muss moderne Technik zum Einsatz kommen. Diese macht es heutzutage möglich, dass wiederaufbereitetes Abwasser eine deutlich höhere Qualität aufweist als manch eine „natürliche“ Wasserquelle. „Die Aufbereitung des Wassers von kommunalen Quellen ist mittlerweile meist unkompliziert, aber je nach Verschmutzungsgrad technisch aufwendig und kostenintensiv“, so Prof. Günter Müller-Czygan. Technologien und notwendige Systeme sind aber verfügbar und bereits etabliert. Die Nutzung dieser Wasserquelle bietet somit erhebliche Vorteile: Neben der Schonung und damit nachhaltigeren Nutzung natürlicher Wasserressourcen sind durch die Aufbereitungsschritte auch der Eintrag von Schadstoffen in die Umwelt geringer und Temperaturveränderungen und Versalzung, die ebenfalls für einen gestörten Stoffhaushalt von Gewässern verantwortlich sein können, können minimiert werden. „Die Nutzung von wiederaufbereitetem Abwasser könnte also ein wirksamer Lösungsbaustein für die zunehmende Wasserknappheit darstellen“, so der Forschungsgruppenleiter.

Abwasserwiederverwendung scheitert nicht an Technik, sondern an Akzeptanz
Ziel des Vorhabens FlexTreat (Flexible and reliable concepts for sustainable water reuse in agriculture) an der Hochschule Hof ist es daher, durch die Entwicklung und Demonstration flexibler und an die landwirtschaftlichen Bedürfnisse angepasster technischer und naturnaher Aufbereitungssysteme die sichere Abwasserwiederverwendung in der Landwirtschaft zu fördern. „Viele Projekte zur Abwasserwiederverwendung scheitern aber nicht an Fragen zur Aufbereitungstechnik, sondern am Mangel eines rechtlichen Rahmens sowie an der Akzeptanz auf Nutzerseite“, erklärt Prof. Müller-Czygan.

International etabliert – in Deutschland noch in den Kinderschuhen
International ist die Abwasserwiederverwendung bereits etabliert und wird vielfach eingesetzt. In Deutschland hemmen unterschiedliche Rahmenbedingungen, fehlendes Wissen oder nicht bekannte Erwartungshaltungen auf Nutzerseite deren möglichen Einsatz. Ein konstruktiver Austausch zwischen Wasseranbietern, Behörden und Nutzern wie zum Beispiel Landwirten und Anwohnern ist für die Akzeptanz einer Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser zwingend notwendig. „Die Darstellung der Nutzervorteile wie auch die Sicherstellung eines geeigneten Risikomanagements inkl. Monitoring spielen hier eine wichtige Rolle. Vor dem Hintergrund des sich vollziehenden Klimawandels und einer zu erwartenden Verringerung der Wasserverfügbarkeit ist für die Abwasserwiederverwendung zukünftig eine erhöhte Akzeptanz notwendig. Diese stellt sich allerdings nicht von selbst ein, sondern ist neben der Bereitstellung ausgereifter Technik auch das Ergebnis einer zielgerichteten Kommunikation und Informationspolitik“, so Stiftungsprofessor Müller-Czygan. Um Maßnahmen zur Akzeptanzerhöhung definieren zu können, übernimmt die Forschungsgruppe „Wasserinfrastruktur und Digitalisierung“ als Unterauftragnehmer der Pegasys Gesellschaft für Automation und Datensysteme mbH die Akzeptanzuntersuchung im Projekt FlexTreat.

Die Akzeptanz für wiederaufbereitetes Wasser von Emotionen abhängig
Allgemein ist die Akzeptanz in der Bevölkerung von verschiedenen Faktoren abhängig, die regional und kulturell sehr unterschiedlich sind. Somit lassen sich keine generellen Schlüsse ziehen. Jeder Einzelfall müsste zu Beginn auf die verschiedenen Faktoren überprüft werden. Je häufiger die Wiederverwendung in Zukunft erfolgt, desto eher werden sich allgemein übertragbare Akzeptanzmuster finden und übertragen lassen. In der internationalen Literatur gibt es bereits identifizierte und wissenschaftlich abgesicherte Faktoren, die häufig als Grund für eine ablehnende Haltung gegenüber wiederaufbereitetem Wasser genannt wurden. Deren Übertragbarkeit auf Deutschland werden wir prüfen“, erklärt Dr. Julia Frank, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe „Wasserinfrastruktur und Digitalisierung“.Sie ist für die Durchführung des Projektes verantwortlich.

Der „yuck factor“
Hier sind soziotechnische, demographische, psychologische, ökologische, ökonomische und kulturelle Faktoren zu nennen, die die Akzeptanz für die Abwasserwiederverwendung beeinflussen. Der bestuntersuchte Faktor ist psychologischer Natur, und wird in der Literatur als „yuck factor“ bezeichnet. Er drückt den Grad der Ablehnung, bzw. des Ekels aus, und geht mit einer geringen Akzeptanz einher. „Der Grad der Ablehnung wird mit einem vermeintlichen persönlichen Gesundheitsrisiko in Verbindung gebracht“, so Frank.

Die kulturelle Prägung erschwert die Übertragbarkeit von regionalen Studien
Aber auch Faktoren wie Alter, Erziehung, Religionszugehörigkeit, Einstellung zum Umweltschutz oder auch das Vertrauen in die Politik spielen beim Thema Abwasserwiederverwendung eine große Rolle. Sie sind so individuell, kulturell und regional unterschiedlich, so dass Studien nur beim „yuck factor“ einen klaren Zusammenhang mit der Akzeptanz erkennen lassen. Bei den Strategien, die Akzeptanz in der Bevölkerung hinsichtlich des Themas Abwasserwiederverwendung zu erhöhen, werden meist Aufklärungskampagnen durchgeführt. In der Bevölkerung fehlt häufig das Wissen generell um die Abwasserreinigung und das Thema ist ohne ausreichend Hintergrundwissen umso emotionaler behaftet. Wichtig in diesem Zusammenhang ist hier, die Bevölkerung über den Prozess der Abwasserreinigung zu informieren. Die Terminologie, die in Informationsveranstaltungen oder Aufklärungskampagnen verwendet wird, ist dabei wichtig zu beachten. Um die Voraussetzungen für eine hohe Nutzerakzeptanz zu schaffen, bedarf es eigener Untersuchungen und eines gezielten Stakeholder-Dialogs auf regionaler Ebene. Genau dafür legt die Forschungsgruppe „Wasserinfrastruktur und Digitalisierung“ mit ihrer Forschung in FlexTreat den Grundstein.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Günter Müller-Czygan
Ingenieurwissenschaften
Umweltingenieurwesen

Hochschule Hof
Alfons-Goppel-Platz 1
95028 Hof
Fon: +49 (0) 9281 / 409 4683
E-Mail: guenter.mueller-czygan@hof-university.de

Rainer Krauß Hochschulkommunikation
Hochschule Hof – University of Applied Sciences

„Urban Cycles“, ein Citizen Science Projekt zu nachhaltiger Düngung mit urinbasiertem Recyclingdünger in Berliner Gemeinschaftsgärten, ist als eine von 15 partizipativen Projektideen im Hochschulwettbewerb ausgezeichnet worden.
In teilnehmenden Berliner Gemeinschaftsgärten wird ein Recyclingdünger aus künstlichem Urin getestet – das Besondere daran ist, dass die Experimente von den Gärtnernden selbst durchgeführt und die Ergebnisse gemeinsam mit Forschenden ausgewertet werden. Ziel des Projekts ist es, Gärtnernden interaktiv Wissen zu nachhaltiger Düngung zu vermitteln und sie partizipativ in den wissenschaftlichen Prozess und gesellschaftspolitischen Dialog zu Recyclingdüngern einzubinden.

Der Hochschulwettbewerb wird jährlich von Wissenschaft im Dialog (WiD) im Rahmen des Wissenschaftsjahres ausgerufen. In diesem Jahr lautet das Thema „Nachgefragt“ und passend dazu wurden 15 partizipative Projektideen ausgezeichnet. Zu den diesjährigen Gewinner*innen gehört auch das Projekt „Urban Cycles: ein Citizen Science Projekt zu nachhaltiger Düngung mit urinbasierten Recyclingdüngern in Berliner Gemeinschaftsgärten“, koordiniert vom Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) in Großbeeren.

Für die sozial-ökologische Transformation ist eine zirkuläre Betrachtung der Dünger- und Nahrungsproduktion zentral. Eine wichtige Nährstoffressource ist menschlicher Urin, der sich in einen sicheren, schadstofffreien und wirksamen Recyclingdünger umwandeln lässt. Im Projekt „Urban Cycles“ soll in Berliner Gemeinschaftsgärten ein Recyclingdünger aus künstlichem Urin getestet werden. Den teilnehmenden Gemeinschaftsgärten wird dafür kostenlos der vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) entwickelte C.R.O.P®-Dünger (Combined Regenerative Organic Food Production) zur Verfügung gestellt. Der neue Recyclingdünger stammt aus Forschungsanlage des DLR, die aktuell noch mit künstlichem Urin betrieben werden. Die Gärtner*innen führen dann mit dem C.R.O.P®-Dünger selbst Experimente durch und dokumentieren ihre Ergebnisse. In Dialogrunden werten sie ihre Beobachtungen gemeinsam mit Forschenden aus. Ziel des Projekts ist es, Gärtner*innen interaktiv Wissen zu nachhaltiger Düngung zu vermitteln und sie partizipativ in den wissenschaftlichen Prozess und gesellschaftspolitischen Dialog zu Recyclingdüngern einzubinden. Durch offene Formate und das Prinzip “von Gärtnernden für Gärtnernde” soll das gemeinsam erarbeitete Wissen möglichst vielen weiteren Interessierten zugänglich gemacht werden.

Das „Urban Cycles“-Projektteam am IGZ ist eine Kooperation zwischen der Forschungsgruppe „Gartenbausysteme der Zukunft“ und dem Wissenschaftsmanagement. Unterstützt wird das Projekt außerdem vom DLR in Köln.
Der Hochschulwettbewerb wird jährlich von Wissenschaft im Dialog (WiD) in Kooperation mit dem Bundesverband Hochschulkommunikation und der Hochschulrektorenkonferenz ausgerufen und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Wissenschaftsjahres gefördert. Im Hochschulwettbewerb 2022 – Wissenschaftsjahr „Nachgefragt!“ laden junge Forschende Bürger*innen dazu ein, sich aktiv am Forschungsprozess zu beteiligen und gemeinsam den Herausforderungen der Zukunft zu begegnen. Aus 270 Einreichungen hat die Jury nun die besten 15 Projektideen gekürt. Die Gewinnerteams erhalten jeweils 10.000 Euro, um damit bis Ende des Jahres ihre Ideen in die Praxis umzusetzen.

Für das Urban Cycles-Projektteam und die 14 andere Gewinner*innenteams geht es nun direkt weiter: Im März nehmen sie an einem Auftakt-Workshop von Wissenschaft im Dialog zum Thema Wissenschaftskommunikation teil, im Laufe des Jahres folgen weitere Schulungen und Veranstaltungen, bei denen sich die Teams auch untereinander vernetzen können.
Die Fortschritte, Erfahrungen und Ergebnisse des Projekts können über die Projektwebsite, die sozialen Medien und den Blog des Hochschulwettbewerbs verfolgt werden. Genaue Einzelheiten dazu werden in einer separaten Pressemitteilung bekannt gegeben, sobald das Projektteam die ersten Schritte unternommen hat.

Ine Haesaert Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ)

Weitere Informationen:
https://www.igzev.de/aktuelles/aktuelles/neuigkeiten/ Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) e.V.
http://www.dlr.de Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V.
http://www.wissenschaft-im-dialog.de/projekte/hochschulwettbewerb-mitforschen-er… Wissenschaft im Dialog: Hochschulwettbewerb 2022 – Die Gewinner*innen
http://www.hochschulwettbewerb.net/2022 Hochschulwettbewerb: Blog

https://idw-online.de/de/news788920

Virtueller Rundgang durch ein Klärwerk.

In einem Pilotprojekt wurde ein virtueller Schulausflug zu einem Klärwerk erstellt. Eine weitere Möglichkeit das Thema z.B. in der Schule oder Ausbildung etwas näher zu bringen.

Eine spannende Sache, die nicht nur für Schüler faszinierend ist!
Probieren Sie die vielen Möglichkeiten der Darstellung aus und sehen Sie sich die Kläranlagenteile aus den verschiedenen Blickwinkeln an. Lassen Sie sich durch die Panoramabilder von der Kläranlage Ulm-Steinhäule beeindrucken.

https://vr-easy.com/tour/usr/220113-virtuellerschulausflug/#pano=24