Pilze bauen Antidepressiva im Klärschlamm ab

Eine aktuelle Studie legt nahe, dass ausgerechnet Speisepilze dieses Problem erheblich abmildern könnten.

Antidepressiva und andere psychoaktive Medikamente unterstützen Millionen Menschen. Nach der Anwendung lösen sie sich jedoch nicht einfach auf: Über Harn, Fäkalien oder das WC gelangen ihre Rückstände in Kläranlagen. Dort werden sie nur zum Teil entfernt und reichern sich letztlich im sogenannten Klärschlamm an, der als Dünger auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden kann. Forschende der Johns Hopkins University zeigen nun, dass bestimmte holzzersetzende Pilze diese Rückstände gezielt abbauen und in weniger bedenkliche Verbindungen umwandeln können.

Medikamentencocktail im Dünger: ein stilles Risiko

Klärschlamm, fachlich als „Biosolids“ bezeichnet, wird als wertvoller Rohstoff angesehen. Er liefert Stickstoff, Phosphor und organisches Material und kann ausgelaugte Böden aufwerten. Gleichzeitig bringt er eine problematische Kehrseite mit: Rückstände aus Privathaushalten, Spitälern und Pflegeeinrichtungen gelangen ebenfalls in diesen Kreislauf – darunter zahlreiche verschiedene Arzneimittel.

Besonders psychoaktive Wirkstoffe, etwa Antidepressiva, Beruhigungsmittel und andere Präparate für das Nervensystem, bereiten Fachleuten Sorgen. Sie sind darauf ausgelegt, im menschlichen Körper stabil zu bleiben und gezielt auf das Gehirn einzuwirken. Genau diese Widerstandsfähigkeit führt dazu, dass sie auch in der Umwelt nur langsam zerlegt werden.

Schon geringste Spuren psychoaktiver Medikamente können biologisch aktiv sein – genau das macht sie zu problematischen Mikroverunreinigungen.

Untersuchungen belegen, dass Pflanzen aus Böden, die mit Klärschlamm gedüngt wurden, geringe Mengen solcher Verbindungen aufnehmen können. Bislang gibt es keine eindeutigen Nachweise dafür, dass diese Wirkstoffe in gesundheitlich relevanten Konzentrationen auf unseren Tellern landen. Das Unbehagen nimmt dennoch zu: Niemand möchte Salat essen, der mit Rückständen von Antidepressiva oder Schlafmitteln belastet sein könnte.

Warum Kläranlagen an ihre Grenzen stoßen

Herkömmliche Abwasserreinigungsanlagen sind in erster Linie dafür konzipiert, Krankheitserreger zu beseitigen, Stickstoff und Phosphor zu verringern sowie Schwermetalle zu binden. Bei komplexen organischen Verbindungen, zu denen moderne Arzneimittel gehören, stoßen viele Anlagen hingegen an ihre Leistungsgrenzen.

• Keime und Bakterien: Sie werden verlässlich reduziert.
• Metalle: Sie können gut ausgefällt und abgetrennt werden.
• Organische Hochleistungsmoleküle: Antidepressiva und ähnliche Stoffe bleiben teilweise bestehen.

Eine technische Aufrüstung mit Ozon, Aktivkohle oder aufwendigen Membransystemen wäre zwar möglich, ist aber kostspielig und benötigt viel Energie. Vor allem in ländlichen Regionen oder Staaten mit begrenzten Budgets lassen sich solche Lösungen kaum flächendeckend umsetzen. Genau hier setzt die Forschungsgruppe mit einer biologischen Alternative an.

Weißfäulepilze: Holzzerstörer mit Spezialenzymen

Im Zentrum der Studie stehen Weißfäulepilze. Diese in Wäldern weit verbreitete Pilzgruppe kann selbst hartes Holz weich und brüchig machen. Möglich wird das durch ihre Fähigkeit, Lignin abzubauen – jenes besonders stabile Strukturmaterial, das Bäumen ihre Festigkeit verleiht.

Dazu geben die Pilze hochreaktive Enzyme ab, die nicht nur auf eine einzelne Verbindung wirken, sondern zahlreiche komplexe organische Stoffe angreifen können. Gerade diese „Unspezifität“ macht sie für die Umwelttechnik interessant: Enzyme, die Lignin aufspalten, können häufig auch andere widerstandsfähige Moleküle knacken, darunter Rückstände von Arzneimitteln.

Zwei bekannte Pilzarten im Praxistest

Das Forschungsteam entschied sich für zwei Arten, die vielen Menschen vom Markt oder aus dem Wald bekannt sind:

• Pleurotus ostreatus – der Austernseitling
• Trametes versicolor – in Mitteleuropa häufig als „Schmetterlingstramete“ bezeichnet

Beide Pilzarten sind wissenschaftlich gut untersucht, einfach zu kultivieren und weltweit verbreitet. Für die Versuche verwendeten die Forschenden reale Klärschlämme aus einer kommunalen Anlage. Diese versetzten sie mit neun unterschiedlichen psychoaktiven Wirkstoffen, darunter verbreitete Antidepressiva wie Citalopram und Trazodon. Danach wuchsen die Pilze bis zu 60 Tage unmittelbar auf dem Material.

Beeindruckende Abbauraten – teils fast vollständige Entfernung

Die Resultate sind deutlich: Beide Pilzarten reduzierten acht der neun untersuchten Substanzen erheblich. Nach zwei Monaten reichten die Abbauraten – abhängig vom jeweiligen Wirkstoff und Pilz – von etwa 50 Prozent bis zu einer nahezu vollständigen Entfernung.

Der Austernseitling erwies sich als besonders effizient und entfernte bei mehreren Antidepressiva mehr als 90 Prozent der Ausgangsmenge.

Parallel dazu führten die Forschenden Kontrollversuche in einer einfachen Nährlösung ohne Klärschlamm durch. Dabei ergaben sich teilweise abweichende Abbaumuster: Einige Wirkstoffe wurden im echten Schlamm wesentlich besser entfernt als in der sterilen Flüssigkeit. Das deutet darauf hin, dass die komplexe reale Mischung aus organischem Material, Metallen und Mikroorganismen die Leistung der Pilze wesentlich beeinflusst.

Aus den Augen, aus dem Sinn? Nicht ganz

Eine zentrale Frage war, ob die Medikamente lediglich in die Pilzbiomasse übergehen oder tatsächlich chemisch verändert werden. Eine hochauflösende Massenspektrometrie lieferte darauf eine eindeutige Antwort: Während des Pilzwachstums identifizierte das Team mehr als 40 unterschiedliche Abbauprodukte.

Zu den typischen Vorgängen zählten das Aufspalten der Moleküle in kleinere Bestandteile sowie das Anlagern von Sauerstoffgruppen. Solche Reaktionen entsprechen den bekannten Eigenschaften von Weißfäuleenzymen. Die Stoffe werden demnach nicht bloß aus der Messung entfernt, sondern aktiv chemisch umgewandelt.

Mithilfe eines Bewertungstools der US-Umweltbehörde EPA schätzte das Team das Gefährdungspotenzial der neu entstandenen Moleküle ein. Die Modelle deuteten in den meisten Fällen auf ein niedrigeres Toxizitätspotenzial hin als beim ursprünglichen Arzneimittel. Das spricht für eine tatsächliche Entgiftung statt für eine bloße Verlagerung des Problems in andere chemische Formen.

Mycoaugmentation: Pilze als Helfer im Klärwerk

Der gezielte Einsatz von Pilzen zur Reinigung belasteter Materialien wird als „Mycoaugmentation“ bezeichnet. Dahinter steht die Idee, besonders leistungsfähige Pilzstämme in eine kontaminierte Umgebung einzubringen, ihnen ein geeignetes Substrat bereitzustellen und sie die Schadstoffe abbauen zu lassen.

Gerade bei Klärschlamm wirkt dieser Ansatz attraktiv. Pilze gedeihen auf festen, organisch reichen Materialien, benötigen vergleichsweise wenig Energie und kommen ohne kostspielige Hochtechnologie aus. Ein denkbares Verfahren könnte vorsehen, den Schlamm nach der üblichen Behandlung in einer zusätzlichen Stufe mit Pilzen zu beimpfen und ihn vor dem Ausbringen auf Felder mehrere Wochen oder Monate zu lagern.

Was dieses Verfahren leisten kann – und was noch offen bleibt

Der Ansatz erscheint vielversprechend, ist aber noch weit von einer breiten praktischen Anwendung entfernt. Die Experimente fanden im Labor statt, unter kontrollierten Bedingungen und mit begrenzten Mengen. In tatsächlichen Kläranlagen herrschen andere Voraussetzungen: Die Zusammensetzung der Schlämme schwankt, es gibt saisonale Veränderungen sowie Platz- und Zeitdruck.

Zu den ungeklärten Fragen gehören unter anderem:

• Wie zuverlässig arbeiten die Pilze bei stark wechselnder Zusammensetzung der Klärschlämme?
• Können sie so kontrolliert werden, dass bestimmte Wirkstoffe gezielt behandelt werden?
• Welche Größe müssten Reaktoren oder Lagerflächen haben, um relevante Mengen aufzubereiten?
• Welche Mehrkosten würden entstehen, und wie würden diese im Vergleich zu teuren technischen Verfahren ausfallen?

Auch mögliche Nebenwirkungen müssen berücksichtigt werden. Pilze können Allergene oder Sporen freisetzen, die entsprechend gehandhabt werden müssen. Darüber hinaus ist zu klären, was nach der Behandlung mit der pilzhaltigen Biomasse geschieht: Soll sie kompostiert, verbrannt oder weiter als Bodenverbesserer genutzt werden? Erst wenn für die gesamte Prozesskette ein schlüssiges Konzept vorliegt, kann daraus ein tragfähiges Verfahren entstehen.

Was Laien daraus mitnehmen können

Für Konsumentinnen und Konsumenten macht die Studie vor allem eines deutlich: Medikamente über WC oder Abfluss zu entsorgen, ist keine gute Lösung. Je weniger Wirkstoffe ins Abwasser gelangen, desto leichter wird ihre Entfernung – unabhängig davon, ob Technik oder Pilze zum Einsatz kommen.

Nicht mehr benötigte Arzneimittel gehören je nach regionaler Regelung in den Restmüll oder zur Apotheke. Viele Gemeinden erklären auf ihren Webseiten, wie die Rückgabe genau funktioniert. Auch im Alltag können kleine Massnahmen helfen: Blister nicht vorsorglich vollständig öffnen, angebrochene Packungen nicht auf Vorrat lagern und sich vom Arzt nur realistische Mengen verschreiben lassen.

Warum Pilze für die Umwelttechnik spannender werden

Die vorgestellte Studie reiht sich in eine wachsende Zahl von Projekten ein, in denen Pilze als biologische Helfer für Reinigungsaufgaben getestet werden. Andere Forschungsgruppen untersuchen ihren Einsatz bereits gegen Pestizide, Industriechemikalien oder Farbstoffe aus der Textilindustrie. Wo etablierte Verfahren an technische oder finanzielle Grenzen gelangen, könnten Pilze eine robuste und natürliche Alternative darstellen.

Zugleich eröffnet dieser Ansatz interessante Forschungsfragen: Welche Pilzarten eignen sich für welche Schadstoffmischungen? Wie können Enzyme gezielt gezüchtet oder gentechnisch angepasst werden, ohne ökologische Risiken zu verursachen? Und wie lassen sich solche biologischen Systeme so verlässlich gestalten, dass sie in streng regulierten Bereichen wie der Wasseraufbereitung zugelassen werden können?

Sicher ist: Wer bei Hightech-Reinigung ausschließlich an Filter, Ozon und Membranen denkt, übersieht einen faszinierenden Akteur. Künftig könnten gerade Pilze, die im Wald morsches Holz abbauen, dazu beitragen, unsichtbare Spuren moderner Medizin im Kreislauf von Wasser, Boden und Nahrung zu vermindern.