Umweltbiotechnologie. Grafik: UFZ

Department Umweltbiotechnologie


Wie können umweltschädliche Stoffe aus natürlichen Ökosystemen entfernt oder deren Eintrag durch Abwasserbehandlung verringert werden? Wie werden Chemikalien wie etwa Pestizide in Böden umgesetzt? Werden sie vollständig mineralisiert oder verbleiben Rückstände in der Bodenmatrix? Lässt sich der biologische Abbau organischer Schadstoffe in Böden und Gewässern durch Mikroorganismen und Pflanzen steigern? Eignen sich Pflanzenkläranlagen als kostengünstige Alternative zur Entfernung von Spurenstoffen aus Abwasser? Lassen sich bepflanzte Flussuferzonen zu Reinigungsbereichen entwickeln?


Die zunehmende Belastung und die hohe Persistenz vieler organischer Schadstoffe in Ökosystemen stellt eine Herausforderung moderner Umweltbiotechnologie dar. Obwohl mikrobielle Abbaupotenziale ubiquitär verbreitet sind, wird unter realen Umweltbedingungen oftmals wenig bis keine Degradation beobachtet. Deshalb ist die Aktivierung natürlicher mikrobiologischer Abbauleistung an belasteten natürlichen und technischen Standorten die zentrale Herausforderung der Forschung des Departments Umwelt- und Biotechnologie (UBT).

Die Steuerung biologischer Abbauprozesse setzt Kenntnisse der Ökosystembedingungen sowie der Eigenschaften und Fähigkeiten der beteiligten Mikroorganismen voraus. Von zentraler Bedeutung sind dabei deren Interaktionen, metabolische Netzwerke und zelluläre Anpassungsmechanismen. Um Stoffumsätze zur effizienten biologischen Reinigung belasteter Standorte wirksam zu beeinflussen, ist es notwendig, die Transport-, Verteilungs- und Metabolisierungsmechanismen in der Rhizosphäre und in Böden generell zu kennen. Von zentraler Bedeutung sind hierbei Mikroben-Pflanzen-Interaktionen und die Etablierung von Pflanzenkläranlagen als kostengünstige alternative Reinigungsstufe, um organische Spurenstoffe wie z.B. Pharmazeutika sowie Mikroorganismen effektiv aus häuslichem Abwasser zu entfernen. Mikroorganismen können dabei mehrere Rollen haben: sie sind einerseits Hauptsenke der Schadstoffe durch deren Abbau, Transportmittel für viele Chemikalien sowie Träger von Resistenzgenen gegen Antibiotika. Für die Bearbeitung dieser Fragestellungen besitzen wir im Department Umweltbiotechnologie weitreichende biogeochemische, mikrobiologische und molekularbiologische Expertise und die entsprechende analytische und technische Infrastruktur.

Ziel unserer Arbeiten ist es, die mikrobielle Abbauleistung in natürlichen und technischen Ökosystemen zu nutzen und zu etablieren, um die Schadstoffbelastung zu verringern – ob mithilfe von Pflanzenkläranlagen oder durch die Ertüchtigung natürlicher Standorte wie Agrarstandorte oder Uferstreifen in Flusseinzugsgebieten. Zudem nutzen wir unser Expertenwissen für die Bewertung von Abbau- und Eliminierungsprozessen wie bei Pestizid-Rückständen oder Antibiotika-Resistenzen und geben Empfehlungen zum Chemikalienmanagement.