Pilze bauen Antidepressiva im Klärschlamm ab

Antidepressiva, Beruhigungsmittel und weitere psychoaktive Wirkstoffe gelangen nach ihrer Einnahme ins Abwasser – und werden dort keineswegs vollständig entfernt. Ein Forschungsteam der Johns Hopkins University hat nun gezeigt, dass bestimmte Pilze diese Arzneimittel im Klärschlamm abbauen können, bevor dieser wieder über landwirtschaftliche Flächen in den Stoffkreislauf gelangt.

Medikamente im Klärschlamm: ein oft unterschätztes Risiko

Moderne Kläranlagen reinigen Abwasser umfassend. Krankheitserreger wie Bakterien und Viren sowie zahlreiche Schadstoffe werden deutlich verringert. Als Rückstand bleibt jedoch ein nährstoffreiches Material zurück: Klärschlamm, fachsprachlich auch „Biosolids“ genannt. Er wird vielfach als Dünger oder zur Bodenverbesserung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen eingesetzt.

Genau darin liegt die Herausforderung. Zahlreiche Wirkstoffe aus Antidepressiva, Schlafmitteln und anderen psychoaktiven Medikamenten sind chemisch ausgesprochen beständig. Während der Abwasserreinigung werden sie daher kaum zersetzt. Ihre Rückstände verbleiben im Klärschlamm und gelangen mit diesem auf Äcker.

Spuren von Antidepressiva in Düngern sind kein Science-Fiction-Szenario mehr, sondern ein reales Umweltproblem.

Bereits einige Untersuchungen belegen, dass Pflanzen bestimmte Arzneistoffe aufnehmen können, wenn Böden mit Klärschlamm gedüngt oder mit belastetem Wasser bewässert werden. Ein unmittelbarer Nachweis gesundheitlicher Folgen für Menschen steht zwar noch aus. Dennoch können selbst geringe Mengen Wasserorganismen beeinflussen und Ökosysteme auf lange Sicht verändern.

Weshalb herkömmliche Kläranlagen an ihre Grenzen geraten

Konventionelle Verfahren der Abwasserreinigung sind in erster Linie darauf ausgerichtet, Krankheitserreger zu entfernen und Nährstoffe wie Stickstoff oder Phosphor zu reduzieren. Die komplexen organischen Moleküle moderner Medikamente sind jedoch häufig zu stabil und chemisch zu unterschiedlich, um auf diese Weise zuverlässig beseitigt zu werden.

Jedes neue Arzneimittel bringt eine eigene chemische Struktur, andere Abbaupfade und mögliche Zwischenprodukte mit. Ein Verfahren, das all diese Stoffe gleichermaßen sicher entfernt, gibt es bislang nicht – zumindest nicht im praktischen Betrieb großer Kläranlagen.

• Pathogene: werden wirksam reduziert
• Schwermetalle: sind technisch größtenteils kontrollierbar
• Komplexe Pharmawirkstoffe: bleiben oft in Spuren erhalten

Gerade diese Lücke veranlasste die Forschenden der Johns Hopkins University, nach einer biologischen Ergänzung zu suchen, die kostengünstig, widerstandsfähig und skalierbar ist.

Weißfäulepilze als biologische Zersetzer komplexer Moleküle

In den Mittelpunkt rückten sogenannte Weißfäulepilze. Im Wald bauen sie hartes Holz ab, indem sie Lignin aufspalten – jenes Material, das Holz seine Stabilität und Widerstandsfähigkeit verleiht. Dafür setzen die Pilze hochreaktive Enzyme frei.

Das Besondere daran: Diese Enzyme sind wenig selektiv. Sie greifen nicht nur einen einzelnen Stoff an, sondern können eine breite Palette komplexer Moleküle verändern. Für die Pilze ist das hilfreich, um unterschiedliche Baumstämme zu zersetzen. Für die Forschung ist es interessant, weil dieselben Enzyme auch Rückstände von Medikamenten angreifen könnten.

Zwei bekannte Pilzarten im Fokus

Das Forschungsteam untersuchte zwei weit verbreitete Arten, die auch vielen Pilzsammlerinnen und Pilzsammlern bekannt sein dürften:

• Austernseitling (Pleurotus ostreatus)
• Schmetterlingstramete (Trametes versicolor), auch als „Truthahnschwanz“ bekannt

Beide Pilzarten sind gut untersucht, kommen häufig vor und wachsen problemlos auf festen Substraten. Damit eignen sie sich besonders für einen direkten Einsatz auf Klärschlamm.

Das Experiment mit Klärschlamm und Pilzen

Für ihre Untersuchung verwendete das Team Klärschlamm aus einer kommunalen Kläranlage. Anschließend versetzten die Forschenden ihn gezielt mit neun unterschiedlichen psychoaktiven Wirkstoffen, darunter verbreitete Antidepressiva wie Citalopram und Trazodon.

Die Pilze durften danach bis zu 60 Tage unmittelbar auf dem Material wachsen. Zeitgleich führten die Forschenden Kontrollversuche mit Flüssigkulturen ohne Klärschlamm durch. So sollte deutlich werden, inwieweit sich Laborergebnisse von Bedingungen unterscheiden, die der Praxis näherkommen.

Mithilfe hochauflösender Massenspektrometrie beobachtete das Team über mehrere Wochen hinweg die Veränderungen der Wirkstoffkonzentrationen und ermittelte die entstehenden Abbauprodukte.

Ergebnisse im Überblick

Parameter	Ergebnis
Anzahl getesteter Wirkstoffe	9 psychoaktive Medikamente
Von jedem Pilz abgebaut	8 von 9 Wirkstoffen
Entfernung nach 60 Tagen	ca. 50 % bis nahezu vollständig
Besonders wirksam	Austernseitling mit teils > 90 % Abbau
Anzahl identifizierter Abbauprodukte	> 40

Entscheidend war, dass die Pilze die Wirkstoffe nicht bloß „einsammelten“, sondern sie tatsächlich chemisch veränderten. Dabei entstanden kleinere Moleküle mit veränderter Struktur, etwa durch das Aufbrechen chemischer Bindungen oder durch die Anlagerung von Sauerstoff.

Sind die entstandenen Stoffe tatsächlich weniger gefährlich?

Bei solchen Verfahren stellt sich eine zentrale Frage: Aus einem problematischen Stoff dürfen nicht mehrere neue Substanzen entstehen, die möglicherweise noch giftiger sind. Deshalb nutzte das Forschungsteam ein Bewertungsmodul der US-Umweltbehörde EPA, um die Toxizität der gebildeten Abbauprodukte einzuschätzen.

Das Resultat ist vorsichtig ermutigend. Nach den Modellberechnungen sind die meisten identifizierten Produkte weniger toxisch als die ursprünglichen Arzneimittel. Die Pilze verlagern die Belastung demnach nicht nur, sondern scheinen die Moleküle tatsächlich zu entschärfen.

Pilze agieren hier wie ein biologischer Filter, der nicht nur zurückhält, sondern komplexe Substanzen chemisch entschärft.

Völlig geklärt ist die Sache damit jedoch nicht. Vor einer breiten Anwendung müssten die Abbauketten detaillierter erforscht werden, einschließlich möglicher Langzeitfolgen für Bodenorganismen und Grundwasser. Die Studie deutet jedoch darauf hin, dass der Ansatz in die richtige Richtung führt: weg von bloßer Verlagerung und hin zu einer tatsächlichen Entgiftung.

Von der Laborbox zur Kläranlage: Wie realistisch ist der Einsatz?

Das gezielte Einbringen solcher Pilze wird fachlich als „Mycoaugmentation“ bezeichnet. Dahinter steht die Idee, Pilzkulturen in vorhandene Behandlungsabläufe einzubinden, ohne dafür vollständig neue Anlagen errichten zu müssen.

Weißfäulepilze bieten dafür mehrere Vorteile:

• Sie können auf festen Materialien wie Holzspänen oder Schlamm wachsen.
• Ihr Energiebedarf ist vergleichsweise gering – ein hochkomplexes technisches System ist nicht erforderlich.
• Da sie in der Natur weit verbreitet sind, lassen sie sich leichter akzeptieren und nachzüchten.

Klärwerke könnten beispielsweise zusätzliche Behandlungsschritte einrichten, bei denen Klärschlamm vor seiner Ausbringung über mehrere Wochen mit Pilzkulturen durchwachsen wird. Ebenso denkbar wäre eine Verbindung mit vorhandenen Kompostierungs- oder Trocknungsverfahren.

Bedeutung für Europa und den deutschsprachigen Raum

In Deutschland und weiteren EU-Ländern unterliegt Klärschlamm zunehmend strengeren Vorschriften. Teilweise wird er bereits verbrannt, um Phosphor zurückzugewinnen und Schadstoffe zu zerstören. In anderen Regionen wird er weiterhin auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht.

Pilzbasierte Behandlungsschritte könnten eine zusätzliche Möglichkeit darstellen, vor allem dort, wo Klärschlamm weiterhin landwirtschaftlich verwertet wird oder neue Konzepte zur Rückgewinnung entstehen. Der Ansatz passt zu einer Kreislaufwirtschaft, da er auf biologischen Prozessen beruht und mit überschaուբarem technischem Aufwand auskommt.

Für Wasserwerke und Kommunen stellt sich langfristig die Frage, welche Kombination aus technischen und biologischen Verfahren den größten Nutzen bringt: Ozon, Aktivkohle, Membranfiltration – und künftig möglicherweise auch Pilzreaktoren.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Biosolids / Klärschlamm

Biosolids sind feste, nährstoffreiche Rückstände aus der Abwasserreinigung. Sie bestehen aus organischem Material, Mikroorganismen sowie gebundenen Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor. In vielen Ländern werden sie als Dünger oder zur Verbesserung von Böden genutzt.

Weißfäulepilze

Weißfäulepilze zersetzen Holz, indem sie Lignin abbauen. Dabei erhält das Holz häufig eine helle, faserige Struktur, worauf die Bezeichnung zurückgeht. Ihre Enzyme gelten als vielseitig einsetzbare Werkzeuge für Umwelttechnologien, beispielsweise beim Abbau von Farbstoffen, Pestiziden oder Arzneimitteln.

Psychoaktive Medikamente

Zu dieser Gruppe gehören unter anderem Antidepressiva, Beruhigungsmittel, Schlafmittel und bestimmte Schmerzmittel, die direkt auf das zentrale Nervensystem einwirken. Sie sind so entwickelt, dass schon geringe Dosen spürbare Effekte verursachen – eine Eigenschaft, die sie auch in der Umwelt problematisch macht.

Chancen, Grenzen und offene Fragen

Der Einsatz von Pilzen verdeutlicht das große Potenzial biologischer Systeme. Zugleich bleiben zahlreiche praktische Fragen bestehen: Wie zuverlässig arbeiten Pilzkulturen in großen Anlagen bei schwankender Belastung? Wie kann verhindert werden, dass die Pilze selbst unerwünschte Sporen verbreiten? Und wie wirtschaftlich ist das Verfahren im Vergleich mit etablierten Technologien?

Realistisch gesehen werden Pilztechnologien Kläranlagen nicht kurzfristig grundlegend verändern. Sie könnten jedoch ein Baustein sein, um den Mix aus Arzneimittelrückständen, Kosmetikchemikalien und weiteren organischen Spurenstoffen besser zu kontrollieren – besonders dort, wo kostengünstige und energiearme Lösungen benötigt werden.

Für Verbraucherinnen und Verbraucher bleibt eine Regel unverändert: Medikamente gehören weder in die Toilette noch in den Ausguss. Sie sollten – abhängig von den regionalen Vorgaben – in der Sammelbox der Apotheke oder über den Restmüll entsorgt werden. Je weniger Wirkstoffe in das Abwasser gelangen, desto weniger müssen Pilze und technische Verfahren später wieder entfernen.