Studie der Johns Hopkins University: Pilze bauen Antidepressiva im Klärschlamm ab

Unscheinbare Pilze rücken als natürliche „Medikamentenvernichter“ immer stärker in den Mittelpunkt der Forschung.

Eine aktuelle Studie von Forschenden der Johns Hopkins University legt nahe, dass ausgewählte holzzersetzende Pilzarten Rückstände von Antidepressiva und anderen psychoaktiven Wirkstoffen im Klärschlamm deutlich reduzieren können. Perspektivisch könnte dieses Vorgehen ein wichtiger Baustein werden, um Böden und Gewässer – und auf lange Sicht auch den Menschen – besser vor unerwünschten Arzneimittelspuren zu schützen.

Wie Medikamente überhaupt im Klärschlamm landen

Psychopharmaka wie Antidepressiva, Beruhigungs- oder Schlafmittel sind so entwickelt, dass sie im Gehirn wirken. Im Körper werden diese Substanzen allerdings oft nur teilweise abgebaut. Der Rest verlässt den Organismus über Urin und Stuhl. Hinzu kommt, dass Medikamente manchmal falsch entsorgt werden und im WC enden. Am Ende dieser Wege landet alles in der Kläranlage.

Klärwerke entfernen zwar Krankheitserreger, senken Nährstofffrachten und halten einen Teil chemischer Stoffe zurück. Viele komplex aufgebaute Arzneistoffe überstehen die Reinigung jedoch. Sie binden sich an organisches Material und reichern sich im Klärschlamm an. Dieser nährstoffreiche Rückstand wird in vielen Ländern als Dünger beziehungsweise Bodenverbesserer auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht.

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 welchem Umfang solche Spuren später tatsächlich wieder in der Nahrungskette auftauchen. Weil die Substanzen schon in sehr niedrigen Konzentrationen psychoaktive Effekte haben können, gelten sie in der Forschung dennoch als potenziell kritisch – insbesondere für Wasserorganismen und sensible Ökosysteme.

Weißfäulepilze als Hoffnungsträger gegen Antidepressiva im Klärschlamm

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

Anders als viele Bakterien arbeiten Weißfäulepilze dabei nicht nur „intern“. Sie geben vielmehr ein ganzes Bündel an abbauenden Enzymen in ihre Umgebung ab. Diese Enzyme sind vergleichsweise unspezifisch und können daher viele unterschiedliche, komplexe organische Moleküle angreifen – eine Eigenschaft, die auch bei chemisch anspruchsvollen Wirkstoffen hilfreich ist.

Untersucht wurden zwei Arten:

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

Beide Pilze sind vielen Hobbygärtnerinnen und Hobbygärtnern sowie Pilzinteressierten bekannt: Sie wachsen auf Holz, kommen weit verbreitet vor und gelten als robust. Genau diese Eigenschaften machen sie zu interessanten Kandidaten für spätere großtechnische Anwendungen.

So war der Versuch mit kommunalem Klärschlamm aufgebaut

Für die Experimente nutzte das Team Klärschlamm aus einer kommunalen Anlage. Das Material wurde gezielt mit neun psychoaktiven Wirkstoffen versetzt, darunter verbreitete Antidepressiva wie Citalopram und Trazodon. Anschließend wuchsen die Pilzkulturen bis zu 60 Tage direkt auf diesem Substrat.

Zusätzlich liefen Kontroll- und Vergleichsreihen in Flüssigkultur, also in einem Labormedium ohne echten Klärschlamm. Damit ließ sich nachvollziehen, wie stark sich die Leistung der Pilze unter realitätsnäheren Bedingungen verändert.

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

Für die Auswertung der Wirkstoffkonzentrationen kam hochauflösende Massenspektrometrie zum Einsatz. Damit lässt sich nicht nur erfassen, ob die Medikamente abnehmen, sondern auch, welche Abbauprodukte dabei entstehen.

Bis nahezu vollständiger Abbau: Was die Pilze leisten

Die Ergebnisse fielen nach Angaben der Studie überraschend positiv aus: Beide Pilzarten reduzierten acht der neun getesteten Wirkstoffe deutlich. Je nach Substanz und Versuchsbedingung lag die Entfernung zwischen etwa 50 Prozent und einer beinahe vollständigen Beseitigung nach zwei Monaten.

Besonders stark schnitt der Austernseitling ab: Mehrere der eingesetzten Antidepressiva wurden von ihm zu mehr als 90 Prozent entfernt. Auffällig war zudem, dass die Pilze in einzelnen Fällen im echten Klärschlamm sogar bessere Abbauwerte erzielten als in der Flüssigkultur im Labor.

Entscheidend ist dabei nicht nur die gemessene Abnahme, sondern der Mechanismus: Die Stoffe werden nicht bloß gebunden oder „weggeparkt“, sondern chemisch zerlegt. Das Forschungsteam identifizierte über 40 verschiedene Transformationsprodukte – also Bruchstücke und umgebaute Moleküle, die aus den ursprünglichen Medikamenten hervorgingen.

Beobachtet wurden unter anderem:

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

Solche Reaktionsmuster passen zu dem, was von Enzymen der Weißfäulepilze bekannt ist.

Sind die entstehenden Abbauprodukte wirklich weniger problematisch?

Bei der Entfernung von Chemikalien steht häufig die Sorge im Raum, dass aus einem problematischen Stoff lediglich ein anderer wird – möglicherweise ähnlich bedenklich. Genau deshalb prüfte das Team zusätzlich die potenzielle Toxizität der neu entstandenen Verbindungen.

Mithilfe eines Bewertungsmoduls der US-Umweltbehörde EPA wurde abgeschätzt, wie giftig die Transformationsprodukte voraussichtlich sind. Das Resultat: Der Großteil der neuen Verbindungen dürfte weniger toxisch sein als die ursprünglichen Pharmaka.

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

Eine Garantie für „vollständig harmlos“ kann es dennoch nicht geben – reale Ökosysteme sind komplex, und Effekte hängen von vielen Faktoren ab. Insgesamt deutet die Richtung aber klar darauf hin, dass eher eine Entschärfung stattfindet und nicht nur eine Verlagerung.

Mykoaugmentation: Pilze als zusätzlicher Schritt in der Klärschlamm-Behandlung

Der gezielte Einsatz von Pilzen zur biologischen Schadstoffminderung wird als Mykoaugmentation bezeichnet. Das Prinzip: Bewährte Pilzarten werden in belastete Materialien eingebracht, um dort bestimmte Stoffe abzubauen. Für Klärschlamm hieße das, vor der Ausbringung auf Felder einen zusätzlichen „Pilzschritt“ vorzuschalten.

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

• 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 vergleichsweise günstig.

Gleichzeitig steht die Technik noch am Anfang, und zentrale Praxisfragen bleiben offen: Wie konstant ist die Leistung über Jahre? Was bedeuten Temperaturschwankungen im Außenbetrieb? Und wie lässt sich verhindern, dass andere Organismen die Pilzkulturen verdrängen? Die vorliegenden Ergebnisse sind vor allem als Machbarkeitsnachweis unter realitätsnahen Bedingungen zu verstehen.

Bedeutung für Landwirtschaft und Trinkwasser

Klärschlamm ist seit Langem umstritten. Auf der einen Seite führt er wertvolle Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor zurück in den Kreislauf. Auf der anderen Seite gelangen damit auch Mikroplastik, Schwermetalle und Arzneimittelreste auf Ackerflächen.

Eine Pilzbehandlung könnte die Belastung reduzieren: Werden Felder mit behandeltem Klärschlamm gedüngt, sinkt potenziell die Menge an Wirkstoffen, die in Boden und Grundwasser eingetragen wird. Das kann Pflanzen ebenso zugutekommen wie Bodenorganismen und Lebewesen in Gewässern, die besonders empfindlich auf psychoaktive Substanzen reagieren.

Für die Trinkwasserversorgung wäre das dennoch nur ein Teil der Antwort. Viele Versorger arbeiten bereits mit zusätzlichen Reinigungsstufen wie Aktivkohle oder Ozon, um Medikamentenrückstände zu entfernen. Wenn jedoch bereits am Anfang der Kette weniger in die Umwelt gelangt, entlastet das auch die späteren Aufbereitungsschritte.

Wie Verbraucherinnen und Verbraucher selbst beitragen können

Der größte Hebel liegt oft nicht im Labor, sondern zu Hause: Nicht benötigte Medikamente gehören nicht in die Toilette. Altmedikamente sollten stets über die vorgesehenen Wege entsorgt werden – je nach Region etwa über die Rückgabe in Apotheken oder über kommunale Sammelstellen.

Wer regelmäßig Medikamente einnimmt, kann außerdem mit der behandelnden Ärztin oder dem behandelnden Arzt besprechen, ob eine niedrigere Dosierung oder eine kürzere Therapie möglich ist. Jede Tablette, die nicht hergestellt und nicht eingenommen wird, muss später auch nicht mit hohem Aufwand aus Abwasser oder Klärschlamm entfernt werden.

Kurzer Blick auf Austernseitling und Schmetterlingstramete

Der Austernseitling ist in Deutschland als Speisepilz im Supermarkt erhältlich. Die Schmetterlingstramete wächst als auffällig gemusterter Konsolenpilz an Baumstämmen und gilt in Teilen Asiens als Heilpilz. Im Labor übernehmen dieselben Arten jedoch eine ganz andere Rolle: Sie fungieren gewissermaßen als biologische „Müllabfuhr“ für bestimmte Chemikalien.

Wer nun daran denkt, Pilzbrut einfach auf den heimischen Kompost zu geben, sollte die Erwartungen allerdings niedrig halten. In der Studie waren die Bedingungen kontrolliert, die Stämme gezielt ausgewählt und die Wirkstoffkonzentrationen bekannt. Draußen spielen Temperatur, Konkurrenz durch andere Mikroorganismen und stark schwankende Belastungen eine große Rolle.

Dennoch unterstreicht die Arbeit eindrucksvoll, wie vielseitig Pilze sein können: Sie sind nicht nur Lebensmittel und biotechnologische Werkzeuge, sondern können auch als leise Helfer beim Umgang mit den Hinterlassenschaften einer chemieintensiven Gesellschaft dienen. In der Umwelttechnik gewinnen sie ohnehin an Bedeutung – etwa beim Abbau von Pestiziden, Farbstoffen oder Industriechemikalien.

Langfristig ist zu erwarten, dass Forschungsteams Pilzkulturen und klassische Kläranlagentechnik stärker kombinieren – beispielsweise über separate Reaktorstufen für Klärschlamm oder speziell entwickelte Filtersysteme. Wie schnell daraus praxistaugliche Lösungen werden, hängt auch von politischen Entscheidungen, Investitionen und strengeren Vorgaben für Arzneimittelrückstände ab.

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