Weißfäulepilze bauen Antidepressiva im Klärschlamm ab – Studie der Johns-Hopkins-Universität

Reste von Antidepressiva und anderen psychoaktiven Wirkstoffen gelangen nach dem Toilettengang ins Abwasser. Ein erheblicher Anteil passiert die üblichen Reinigungsstufen in Kläranlagen, reichert sich im Klärschlamm an und landet später – als Dünger – auf landwirtschaftlichen Flächen. Ein Forschungsteam der Johns-Hopkins-Universität zeigt nun: Bestimmte holzzersetzende Pilze können solche Rückstände gezielt abbauen.

Medikamente im Dünger: Versteckte Last auf dem Acker

Biosolids (behandelter Klärschlamm) werden in vielen Ländern als preiswerte Dünger- und Bodenverbesserer eingesetzt. Sie enthalten viel Stickstoff, Phosphor und organische Substanz – genau deshalb werden sie in großen Mengen auf Felder ausgebracht. Mitverbreitet werden dabei jedoch auch Spuren moderner Arzneimittel, darunter Antidepressiva und Beruhigungsmittel.

In die Kanalisation gelangen diese Stoffe vor allem über Urin und Stuhl, teils auch durch falsch entsorgte Tabletten. Kläranlagen reduzieren Keime und Schwermetalle vergleichsweise zuverlässig. Bei komplexen organischen Molekülen – wie sie viele Medikamente darstellen – bleibt jedoch ein Teil erhalten.

Pharma-Rückstände im Klärschlamm gelten inzwischen als „neue“ Umweltbelastung – klein in der Dosis, groß im Risiko.

Wie groß der Anteil ist, der tatsächlich in die Nahrungskette wandert, ist bislang nicht eindeutig geklärt. Experimente deuten darauf hin, dass Pflanzen bestimmte Substanzen über die Wurzeln aufnehmen können. Belastbare Daten dazu, welche Mengen später tatsächlich auf dem Teller landen, fehlen allerdings. Trotzdem nimmt die Besorgnis zu: Psychoaktive Wirkstoffe beeinflussen Nervensysteme bereits in sehr niedrigen Konzentrationen – nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Fischen und anderen Organismen.

Weiße Fäulepilze: Spezialisten für hartnäckige Moleküle

Die Forschenden setzten auf sogenannte Weißfäulepilze, die in der Natur Holz abbauen. Untersucht wurden zwei Arten:

• Pleurotus ostreatus – besser bekannt als Austernseitling
• Trametes versicolor – im Deutschen oft Schmetterlingstramete genannt

Diese Pilze verfügen über ein besonders leistungsstarkes Enzymsystem. In ihrem natürlichen Lebensraum zerlegen sie Lignin – den widerstandsfähigen Holzbestandteil, der Bäume stabilisiert. Die dabei eingesetzten Enzyme sind weitgehend unspezifisch: Sie reagieren mit vielen komplexen organischen Molekülen, die ihnen „unterkommen“.

Das macht sie für Klärschlamm interessant, denn auch dort sind Arzneimittel häufig an organische Substanz gebunden. Die Pilzenzyme können diese Bindungen lösen, die Wirkstoffmoleküle angreifen und sie schrittweise in kleinere Bestandteile zerlegen.

So lief der Versuch mit Klärschlamm ab

Für die Studie verwendete das Team Klärschlamm aus einer kommunalen Anlage. Dieser wurde gezielt mit neun typischen psychoaktiven Wirkstoffen versetzt, darunter verbreitete Antidepressiva wie Citalopram und Trazodon.

Anschließend ließen die Wissenschaftler die Pilze direkt auf dem Material wachsen – bis zu 60 Tage lang. Zusätzlich liefen Vergleichsexperimente in Flüssigkultur, also in einem Standard-Nährmedium ohne Schlamm. Mithilfe hochauflösender Massenspektrometrie verfolgten sie, wie sich die Medikamentenkonzentrationen über die Zeit veränderten und welche Abbauprodukte dabei entstanden.

Beide Pilzarten knackten acht von neun getesteten Wirkstoffen – oft bis weit unter die Nachweisgrenze.

Die zentralen Resultate im Überblick:

• Beide Arten reduzierten acht der neun Substanzen deutlich.
• Nach zwei Monaten lag die Abbaurate meist zwischen 50 Prozent und nahezu vollständiger Entfernung.
• Der Austernseitling zeigte sich besonders „hungrig“: Bei mehreren Antidepressiva entfernte er mehr als 90 Prozent.
• Teilweise verlief der Abbau im echten Klärschlamm sogar effizienter als in der Laborflüssigkeit.

Die Pilze verstecken nichts – sie zerlegen die Wirkstoffe

Ein entscheidender Punkt war die Frage, ob die Pilze Medikamente lediglich aufnehmen und einlagern – oder ob sie sie tatsächlich chemisch umbauen. Die Messdaten sprechen klar für einen echten Abbau.

Während der Versuche wurden über 40 unterschiedliche Abbauprodukte nachgewiesen. Die beobachteten Reaktionsmuster passen zu typischen Weißfäule-Enzymen: große Moleküle werden in kleinere Fragmente gespalten, Sauerstoffgruppen werden eingebaut und Ringsysteme umstrukturiert.

Zur Einschätzung des Gefahrenpotenzials nutzte das Team ein Bewertungsmodul der US-Umweltbehörde. In der Modellrechnung erwies sich der Großteil der neu entstandenen Produkte als weniger giftig als die Ausgangssubstanzen. Das deutet darauf hin, dass die Pilzbehandlung die Gesamtbelastung senken kann, statt Schadstoffe nur in eine andere Form zu überführen.

Mycoaugmentation: Wenn Pilze Teil der Klärwerksroutine werden

Die Forschenden bezeichnen den Ansatz als „Mycoaugmentation“: Pilze werden gezielt in belastetes Material eingebracht, um biologische Abbauprozesse zu verstärken. Bei Klärschlamm liegt ein praktischer Vorteil nahe: Weißfäulepilze wachsen natürlicherweise auf festen Substraten. Statt komplexer Reaktoren brauchen sie vor allem Zeit, Sauerstoff und ausreichende Feuchtigkeit.

Damit wird ein Szenario greifbarer, in dem Kläranlagen ihren Schlamm vor der landwirtschaftlichen Nutzung noch mit einer „Pilzkur“ behandeln. Denkbar wären etwa:

• ein separater Lagerbereich, in dem der Schlamm mit Pilzbrut versetzt wird
• mehrwöchige Reifephasen mit kontrollierter Belüftung
• abschließende Qualitätskontrollen auf Restgehalte von Medikamenten

Im Vergleich zu kostenintensiven Membran- oder Ozonanlagen wirkt dieser Weg energiearm und relativ leicht in bestehende Abläufe integrierbar. Weißfäulepilze sind weit verbreitet, lassen sich in großem Maßstab kultivieren und gelten in der Regel als unbedenklich.

Was das für Umwelt und Landwirtschaft bedeutet

Wer Antidepressiva einnimmt, muss sich nicht plötzlich beim Gang zur Toilette schuldig fühlen. Einzelpersonen können den Eintrag der Wirkstoffe kaum verhindern – abgesehen davon, ungenutzte Tabletten nicht über die Toilette, sondern über den Restmüll oder in Apotheken zu entsorgen.

Auf Systemebene summiert sich der Effekt jedoch. Weltweit nehmen Millionen Menschen psychotrope Medikamente ein, und ihre Spuren werden inzwischen in Flüssen, Seen und Böden nachgewiesen. Studien berichten von Verhaltensänderungen bei Fischen und wirbellosen Tieren, wenn sie winzigen Dosen solcher Wirkstoffe ausgesetzt sind.

Je besser Klärschlamm vor dem Ausbringen gereinigt wird, desto weniger pharmazeutische Altlasten landen dauerhaft in Böden und Gewässern.

Pilzbehandlungen könnten dabei ein Baustein in einem größeren Maßnahmenmix sein – von moderner Klärtechnik über strengere Einleitgrenzen bis hin zu angepassten Verschreibungspraktiken. Für Landwirte hätte entgifteter Klärschlamm den Vorteil, Nährstoffe nutzen zu können, ohne unbeabsichtigt Medikamentencocktails auf ihre Flächen zu bringen.

Wie zuverlässig sind die Ergebnisse – und wo liegen die Grenzen?

Die Arbeit liefert klare Laborbefunde, ersetzt aber keine breite Praxiserprobung. Mehrere Fragen bleiben offen:

• Skalierung: Wie zuverlässig läuft der Prozess in großen Anlagen bei wechselnden Betriebsbedingungen?
• Vielfalt der Stoffe: Untersucht wurden neun ausgewählte psychoaktive Wirkstoffe – in der Praxis finden sich im Schlamm jedoch hunderte verschiedene Arzneimittel.
• Dauer: Zwei Monate Behandlung sind im Labor realistisch. Kläranlagen bräuchten schlüssige Konzepte, um solche Zeitfenster in ihre Abläufe einzubauen.

Trotz dieser Unsicherheiten zeigt die Studie, dass der Ansatz nicht nur unter Idealbedingungen funktioniert. Gerade die Experimente im echten Klärschlamm liefern ein deutlich alltagsnäheres Bild als frühere Arbeiten, die ausschließlich mit Flüssigkulturen arbeiteten.

Was hinter den Fachbegriffen steckt

Einige Begriffe aus der Studie tauchen in der Debatte um Wasserqualität zunehmend häufiger auf:

• Biosolids: Entwässerter, behandelter Klärschlamm, der als Dünger und Bodenverbesserer genutzt wird.
• Psychoaktive Stoffe: Wirkstoffe, die Gehirn und Nervensystem beeinflussen, etwa Antidepressiva, Beruhigungsmittel oder bestimmte Schmerzmittel.
• Weißfäulepilze: Pilzgruppe, die Holzbestandteile abbaut und dabei starke, unspezifische Enzyme freisetzt.

Gerade diese unspezifische Wirkweise ist ein Vorteil: Die Enzyme reagieren nicht nur mit einem einzelnen Zielmolekül, sondern mit vielen ähnlich aufgebauten Strukturen. Damit besteht die Chance, neben den untersuchten Antidepressiva auch weitere Problemstoffe zu erfassen – etwa Rückstände von Blutfettsenkern, Herzmedikamenten oder Schmerzmitteln.

Praktische Ansätze und mögliche Risiken

Für kommunale Betreiber stellt sich vor allem die Frage, wie sich ein Pilzsystem einbauen lässt, ohne den Betrieb zu blockieren. Möglich wären modulare Containerlösungen oder zusätzliche Rottehallen, in denen Klärschlamm gezielt mit Pilzen durchsetzt wird. Begleitende Laboranalysen könnten klären, welche Wirkstoffgruppen besonders zuverlässig verschwinden und wo Prozesse angepasst werden müssen.

Ganz ohne Risiken ist das nicht: Pilzkulturen reagieren empfindlich auf Temperatur, Feuchte und konkurrierende Mikroorganismen. Wenn die Bedingungen nicht passen, kann der Abbau ins Stocken geraten. Außerdem müssten Betreiber sicherstellen, dass die eingebrachten Pilzarten sich nicht unerwünscht in andere Bereiche ausbreiten. Bevor das Konzept großflächig umgesetzt wird, wären deshalb klare Leitlinien und Genehmigungsverfahren notwendig.

Trotz dieser Hürden setzt die Studie ein klares Signal: Wer den Weg der Arzneimittelspuren vom Badezimmer bis zum Acker verkürzen möchte, könnte ausgerechnet bei Pilzen eine praktikable Lösung finden – als vergleichsweise einfacher Hebel für saubereres Wasser und weniger belastete Böden.

---