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Organismen gegen Schädlinge

1945 1960 1980 2000 2020

Umweltbiotechnologie ist eine relativ junge Disziplin, die mit Vermei-dungs- und Behebungsstrategien Umweltsanierung betreiben will.

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Umweltbiotechnologie ist eine relativ junge Disziplin, die mit Vermei-dungs- und Behebungsstrategien Umweltsanierung betreiben will.

Biotechnologie wird nach heutigem Verständnis als die Anwendung von Mikroorganismen und anderer biologischer Systeme zur Produktion von Gütern und zur Durchführung von anderen, der Gesellschaft zugute kommenden Leistungen definiert. Sie ist ein interdisziplinäres Fach, das die Kenntnisse der Mikrobiologie, Biochemie, Gentechnik, Chemieingenieurwesen und andere Fächer anwendungsbezogen integriert.

Es hat sich jedoch, hervorgerufen durch ein erhöhtes öffentliches Bewußtsein für umweltgerechtes gesellschaftliches Verhalten, im Rahmen der Biotechnologie ein eigener Zweig, die sogenannte Umweltbiotechnologie, herausgebildet. Dieser verwendet biotechnologische Verfahren und Strategien zur Erreichung von im wesentlichen zwei Zielen: dem Ersatz umweltbelastender chemischer Technologie durch Belastungen vermeidende biotechnologische Prozesse (Vermeidungsstrategien); und dem Einsatz biotecnnologischer Verfahren zur Beseitigung von Altlasten beziehungsweise toxischer Nebenprodukte (Behebungsstrategien; „Bioremediation"). Beide Aspekte sind gegenwärtig Gegenstand intensiver internationaler und nationaler Forschung.

Ein im Rahmen der Vermeidimgs-strategien zur Zeit besonders intensiv bearbeitetes Thema ist der Ersatz von umweltbelastenden Technologien bei der Papierherstellung: Die Ge-wirmung von Cellulose als Ausgangsmaterial der Papierherstellung erfordert deren Freisetzung aus dem Rohstoff Holz, wo sie mit anderen Hemi-cellulosen und Lignin verbunden vorliegt. Da eine vollständige Entfernung des Lignins dabei nicht möglich ist, muß das Papier, um unerwünschte Braunfärbung zu vermeiden, im Zuge der Herstellung gebleicht werden. Dies geschieht durch chemische Oxidation des Lignins, wobei unter anderem die bekannten chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffe gebildet werden, welche über Einbringung in das Abwasser für eine beträchtliche Umweltbelastung verantworthch sind.

Eine Alternative dazu vmrde vor einigen Jahren gefunden: holzabbauende Pilze beziehungsweise durch diese gebildete Enzyme (Biokatalysatoren), sind in der Lage, Lignin ohne Anhäufung toxischer Nebenprodukte abzubauen, und somit der weiteren Papierherstellung diese oxidativen Schritte zu ersparen. Ein noch besseres Ergebnis kann erreicht werden, wenn nicht Lignin selbst, sondern die Hemicellulosen des Holzes abgebaut werden, wodurch Lignin danach einfach ausgewaschen werden kann. Die

Hemicellulose abbauenden Enzyme körmen nämhch in großen Mengen hergestellt werden und benötigen für ihre Arbeit nur einfache Bedingungen. Anlagen zur Herstellung von Papier auf dieser Basis sind zum Beispiel in Firmland bereits in Betrieb.

VERSUCHE MIT BIOKONTROLLE

Eine andere, in bezug auf ihre Umweltverträglichkeit mit schlechtem Ruf ausgestattete Technologie ist die Verwendung chemischer Verbindungen zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten. Eine sanfte Alternative dazu besteht im Ausbringen von Mikroorganismen, welche als Hyperpa-rasiten Pflanzenschädlinge befallen und abtöten, den Pflanzen jedoch keinen Schaden zuzufügen vermögen (Biokontrolle). Dauerkulturen dieser Pilze oder Bakterien werden zu diesem Zweck auf Blätter gesprüht oder irn Wurzelraum eingegraben. Gute Ergebnisse sind aus Glashäusern bekannt, Freifeldversuche brachten bisher kontroversielle Erfahrungen, welche auf mangelnde Kenntnisse zur Ökologie der dabei verwendeten Mikroorganismen (zxun Beispiel Temperatur- und Nährstoffansprüche) zurückzuführen sind. Die Biokontrolle läßt sich auch integriert mit chemischem Pflanzenschutz anwenden, wobei die einzusetzenden Mengen an Fungiziden stark reduziert werden: Diese Technik hat auch im Freilandversuch erfolgversprechende Ergebnisse geliefert.

Eine andere Möglichkeit biologischen Pflanzenschutzes ist das Ausbringen von Kulturen des pathogenen Mikroorganismus, welche die Fähigkeit zum Befall der Pflanzen verloren haben. Ein eindrucksvolles Beispiel dafür ist die Bekämpfung eines Pilzes, der Kasta-nienrindenkrebs verursacht, und um 1925 in die USA aus China mit Pflanzensamen eingeschleppt wurde. Bis 1950 hatte dieser Pilz vier Milliarden Edelkastanien in den USA irreversibel geschädigt, da ihm mit konventionellen Pflanzenschutzmitteln flächendeckend nicht beizukommen war. Erst das Ausbringen von sogenarmten hypervirulenten Stämmen, welche eine erhöhte Kopienanzahl eines Pilzvirus aufwiesen und dadurch die Kastanien nicht mehr befallen konnten, vermochte die Epidemie zu beenden.

Kastanienrindenkrebs wurde 1991 im Burgenland und in der Südsteiermark beobachtet. Auf Grund des intensiven weltweiten Austausches von pflanzlichem Material ist anzunehmen, daß derartige Epidemien auch in Zukunft auftreten werden, und es ist zu hoffen, daß auch diesen mit biologischen Strategien entgegengetreten werden kann.

Unter den gegenwärtigen Bedingungen überwiegen aber die Beseitigungsstrategien. Hierbei wird dem Abbau von chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffen (Pestizide, Herbizide, Dioxine et cetera) sovne der Beseitigung von Paraffin-Kohlenwasserstoffen (Altöle) in Erdreich und Abwässern besonders starkes Interesse gewidmet. Für die Biologen war es dabei interessant, festzustellen, daß die Fähigkeit zum Abbau derartiger, als hochgiftig angesehener Verbindungen in einer Vielzahl von Mikroorganismen weit verbreitet ist. Vor allem verschiedene Gattungen von Bodenbakterien sind pro-fiherte Abbauer von Paraffinen.

Wissenschaftler führen dies darauf zurück, daß diese Bakterien im Boden den Abbau von Wachsen, welche chemisch den Paraffinen sehr ähnhch sind, aus abgestorbenem Pflan-zemnaterial durchführen. Zum Abbau der chlorierten Kohlenwasserstoffe können neben den Bodenbakterien auch die oben erwähnten holzabbauenden Pilze herangezogen werden, wobei jene das Lignin abbauenden Enzyme zimi Spalten der Chloraromaten eingesetzt werden.

Während die biochemischen Vorgaben zum Abbau von Altlasten daher in weiten Bereichen erfüllt sind, existieren noch Probleme auf der Ebene der technischen Umsetzung. Die ausreichende Belüftung der kontaminierten Erde während der mikrobiel-len Umsetzungen ist hier ebenso schwierig, wie der Einsatz der geeigneten Mischung von Mikroorganismen: in vielen Fällen häufen die primär abbauenden Kulturen immer noch (wenngleich jedoch bereits weniger) toxische Produkte an, welche in der Folge durch andere Kulturen weiter umgesetzt werden.

Die kontrollierte Nachvollziehung dieser im natürlichen Ökosystem selbständig stattfindenden Vorgänge stellt gegenwärtig die in diesem Bereich größte Herausforderung für Biotechnologen dar.

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