Pilze im Klärschlamm: Studie der Johns Hopkins University zeigt Abbau von Antidepressiva

Unauffällige Pilze rücken plötzlich als natürliche „Medikamentenvernichter“ in den Mittelpunkt.

Eine neue Studie von Forschenden der Johns Hopkins University legt nahe, dass bestimmte holzabbauende Pilzarten Rückstände von Antidepressiva und anderen psychoaktiven Wirkstoffen im Klärschlamm deutlich reduzieren können. Der Ansatz könnte ein wichtiger Baustein werden, um Böden und Gewässer – und damit langfristig auch Menschen – besser vor unerwünschten Arzneimittelresten zu bewahren.

Wie Tabletten im Klärschlamm landen

Psychopharmaka wie Antidepressiva, Beruhigungs- oder Schlafmittel sind so konzipiert, dass sie im Gehirn ihre Wirkung entfalten. Im Organismus werden diese Substanzen jedoch oft nur zum Teil abgebaut. Übrig gebliebene Wirkstoffreste verlassen den Körper über Urin und Stuhl. Hinzu kommen Medikamente, die falsch entsorgt werden und im WC landen. Alles zusammen gelangt am Ende in die Kläranlage.

Dort werden Keime entfernt, Nährstoffe verringert und ein Teil chemischer Stoffe herausgefiltert. Viele komplex aufgebaute Arzneistoffe überstehen die Aufbereitung jedoch. Sie binden sich an organisches Material und finden sich schließlich im Klärschlamm wieder, also in nährstoffreichen Bioklärresten, die in vielen Ländern als Dünger und Bodenverbesserer auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden.

So gelangen winzige, aber wirksame Spuren von Antidepressiva & Co. in Böden – und können von Pflanzen und Mikroorganismen aufgenommen werden.

Noch ist nicht abschließend geklärt, ob und in welcher Größenordnung solche Spuren später tatsächlich wieder in der Nahrungskette auftauchen. Weil psychoaktive Stoffe bereits in sehr niedrigen Konzentrationen biologisch wirken können, gelten sie in der Forschung dennoch als potenziell kritisch – besonders für Wasserorganismen und sensible Ökosysteme.

Weiße Pilzfäule als Hoffnungsträger

Im Fokus der Arbeitsgruppe standen sogenannte Weißfäulepilze. Diese Mikroorganismen sind darauf spezialisiert, Holzbestandteile wie Lignin abzubauen – einen äußerst stabilen Naturstoff, der Holz hart und widerstandsfähig macht.

Anders als viele Bakterien setzen Weißfäulepilze ihre Abbauwerkzeuge nicht nur innerhalb der Zellen ein: Sie geben eine ganze Palette an Enzymen in ihre Umgebung ab. Diese Enzyme sind vergleichsweise „unspezifisch“ und greifen viele unterschiedliche, komplexe organische Moleküle an – eine Eigenschaft, die sie für den Abbau chemisch raffinierter Wirkstoffe besonders interessant macht.

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

Beide Arten sind auch in der Praxis vertraut: Sie wachsen auf Holz, sind weit verbreitet und gelten als robust. Genau das macht sie zu aussichtsreichen Kandidaten für Anwendungen im größeren Maßstab.

So lief das Experiment mit dem Klärschlamm

Für die Untersuchung nutzte das Team Klärschlamm aus einer kommunalen Anlage. Dieser wurde gezielt mit neun psychoaktiven Wirkstoffen versetzt, darunter verbreitete Antidepressiva wie Citalopram und Trazodon. Danach ließen die Forschenden die Pilzkulturen bis zu 60 Tage direkt auf dem Material wachsen.

Zusätzlich wurden Vergleichstests in Flüssigkultur durchgeführt, also in einem Labormedium ohne realen Klärschlamm. So konnten die Forschenden beurteilen, wie stark sich die Leistung der Pilze unter praxisnäheren Bedingungen verändert.

Die entscheidende Frage: Wirken die Pilze auch im „Dreck“ so gut wie im sterilen Laboransatz?

Die Konzentrationen der Wirkstoffe wurden mithilfe hochauflösender Massenspektrometrie bestimmt. Damit lässt sich nicht nur erfassen, ob Arzneistoffe abnehmen, sondern auch, welche Abbauprodukte dabei entstehen.

Pilze schaffen bis zu fast vollständigen Abbau

Die Resultate fielen sogar aus Sicht des Teams unerwartet gut aus: Beide Pilzarten reduzierten acht der neun geprüften Wirkstoffe deutlich. Je nach Substanz und Versuchsaufbau lag die Entfernung zwischen rund 50 Prozent und beinahe vollständiger Beseitigung nach zwei Monaten.

Besonders stark war der Austernseitling. Mehrere der eingesetzten Antidepressiva entfernte er zu mehr als 90 Prozent. Auffällig: In einzelnen Fällen funktionierte der Abbau im echten Klärschlamm sogar besser als in der Flüssigkultur im Labor.

Noch bedeutsamer als die reinen Abbauraten ist der Mechanismus: Die Pilze „parken“ die Stoffe nicht einfach, sondern zerlegen sie chemisch. Das Team identifizierte über 40 verschiedene Transformationsprodukte – also Bruchstücke und umgebaute Moleküle, die aus den ursprünglichen Medikamenten hervorgingen.

• Spaltung großer Moleküle in kleinere Teile
• Anlagerung von Sauerstoffgruppen
• Veränderung aromatischer Strukturen, die für die Wirkung verantwortlich sind

Solche Reaktionsmuster passen zu dem, was über Enzyme aus Weißfäulepilzen bekannt ist.

Sind die Abbauprodukte wirklich harmloser?

Ein verbreiteter Einwand bei der Entfernung von Chemikalien lautet, dass eine Umwandlung wenig bringt, wenn dabei gleich problematische Folgeprodukte entstehen. Genau deshalb untersuchte das Team zusätzlich, wie die entstehenden Transformationsprodukte einzuordnen sind.

Mit einem Bewertungsmodul der US-Umweltbehörde EPA schätzten die Forschenden die Toxizität der Abbauprodukte ab. Das Ergebnis: Die meisten neu gebildeten Verbindungen dürften voraussichtlich weniger giftig sein als die ursprünglichen Pharmaka.

Die Pilze scheinen nicht nur aufzuräumen, sondern den Cocktail aus Arzneimittelresten insgesamt weniger riskant zu machen.

Von „absolut ungefährlich“ kann dennoch keine Rede sein, dafür sind natürliche Systeme zu vielschichtig. Insgesamt deutet der Befund jedoch klar darauf hin, dass die Mischung eher entschärft wird, statt das Problem lediglich zu verlagern.

Mykoaugmentation: Pilze als Zusatz in der Klärschlamm-Behandlung

Der gezielte Einsatz von Pilzen zur Schadstoffminderung wird als „Mykoaugmentation“ bezeichnet. Dahinter steckt die Idee, geeignete Arten in belastete Materialien einzubringen, damit sie Schadstoffe biologisch abbauen. Übertragen auf die Praxis würde Klärschlamm vor dem Ausbringen auf Felder eine zusätzliche Pilz-Behandlungsstufe durchlaufen.

Im Vergleich zu technisch aufwendigen Verfahren hat dieser Ansatz mehrere potenzielle Pluspunkte:

• Geringer Energiebedarf – Pilze wachsen bei moderaten Temperaturen und ohne hohen Druck.
• Einfache Integration – sie besiedeln feste Substrate; Klärschlamm kann in passende Reaktoren eingebracht werden.
• Breites Wirkungsspektrum – ein Enzymcocktail greift viele verschiedene Wirkstoffe an.
• Niedrige Kostenpotenziale – Pilzbrut und Substrate sind im Vergleich oft günstig.

Allerdings steckt die Technik noch in einer frühen Phase. Wichtige Praxisfragen bleiben offen: Wie konstant läuft das System über Jahre? Was passiert bei Temperaturschwankungen im Freien? Und wie lässt sich verhindern, dass andere Organismen die Pilzkulturen verdrängen? Die Studie liefert in erster Linie einen Machbarkeitsnachweis unter realitätsnahen Bedingungen.

Was das für Landwirtschaft und Trinkwasser heißt

Die Nutzung von Klärschlamm ist umstritten. Einerseits führt er wertvolle Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor zurück in den Kreislauf. Andererseits bringt er auch Mikroplastik, Schwermetalle und eben Arzneimittelreste auf die Felder.

Eine Pilzbehandlung könnte diese Belastung zumindest teilweise senken. Werden behandelte Bioklärreste ausgebracht, gelangt potenziell weniger Wirkstofffracht in Böden und ins Grundwasser. Davon könnten nicht nur Pflanzen profitieren, sondern ebenso Boden- und Wasserlebewesen, die empfindlich auf psychoaktiv wirkende Substanzen reagieren.

Für die Trinkwasserversorgung ist das trotzdem nur ein Teil der Antwort. Viele Versorger setzen bereits zusätzliche Stufen wie Aktivkohle oder Ozon ein, um Medikamentenreste aus dem Wasser zu entfernen. Wenn jedoch schon am Anfang der Kette weniger in die Umwelt eingetragen wird, entlastet das auch spätere Aufbereitungsschritte.

Wie Verbraucherinnen und Verbraucher mithelfen können

Der naheliegendste Hebel liegt nicht im Labor, sondern im Alltag: Nicht benötigte Medikamente gehören nicht ins WC. Abgelaufene oder übrig gebliebene Präparate sollten über die vorgesehenen Wege entsorgt werden – etwa über Rückgabe in Apotheken oder kommunale Sammelstellen, je nach Region.

Wer regelmäßig Medikamente einnimmt, kann außerdem mit der behandelnden Ärztin oder dem behandelnden Arzt besprechen, ob eine niedriger dosierte oder kürzer angesetzte Therapie möglich ist. Jede Tablette, die gar nicht erst produziert und eingenommen wird, muss später auch nicht aufwendig aus Abwasser und Umwelt entfernt werden.

Ein kurzer Blick auf die Pilze selbst

Der Austernseitling ist in Deutschland als Speisepilz im Handel bekannt. Die Schmetterlingstramete wächst als bunt gemusterter Konsolenpilz an Baumstämmen und gilt in Teilen Asiens als Heilpilz. Im Labor der Forschenden übernehmen dieselben Arten eine Art „Müllabfuhr“ für Chemikalien.

Wer jetzt daran denkt, einfach Pilzbrut auf den eigenen Kompost zu geben, sollte die Erwartungen jedoch bremsen. Die Bedingungen in der Studie sind kontrolliert, die Stämme ausgewählt und die Wirkstoffkonzentrationen genau definiert. Draußen spielen Temperatur, Konkurrenz durch andere Mikroorganismen und wechselnde Belastungen eine entscheidende Rolle.

Dennoch zeigt die Arbeit eindrucksvoll, wie breit das Leistungsspektrum von Pilzen ist: Sie sind nicht nur Nahrungsmittel oder Biotechnologie-Werkzeug, sondern können auch leise Helfer beim Aufräumen einer chemisch geprägten Moderne sein. In der Umwelttechnik gewinnen sie zunehmend Aufmerksamkeit, etwa beim Abbau von Pestiziden, Farbstoffen oder Industriechemikalien.

Langfristig ist zu erwarten, dass Forschungsteams Pilzkulturen mit klassischer Kläranlagentechnik kombinieren wollen – etwa über separate Reaktorstufen für Klärschlamm oder speziell entwickelte Filter. Wie schnell daraus praxistaugliche Anwendungen entstehen, hängt auch von politischen Entscheidungen, Investitionen und strengeren Vorgaben für Arzneimittelrückstände ab.

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