Aus landwirtschaftlich genutzten Böden lassen sich leicht propanotroph angereicherte Bakterienkulturen gewinnen, die das wahrscheinlich krebserregende Lösemittel 1,4-Dioxan bis auf Spuren unter 0,46 Mikrogramm pro Liter abbauen können. Dies berichten US-Forscher in einer am 20. November 2025 in „Science of the Total Environment“ (Elsevier) erscheinenden Studie. Die Kulturen eignen sich für die Bioaugmentation kontaminierter Standorte und könnten eine kostengünstige Sanierungsoption für die weit verbreiteten, verdünnten Schadstofffahnen darstellen.
1,4-Dioxan, früher Stabilisator für 1,1,1-Trichlorethan, wird heute an vielen Altlasten mit chlorierten Lösemitteln gefunden. Wegen seiner hohen Mobilität (log KOC = 1,23) und geringen Abbaubarkeit bildet es oft großflächige, niedrig konzentrierte Grundwasserschäden. Die US-Umweltbehörde EPA stuft es als „wahrscheinlich krebserregend“ ein und legt einen Trinkwasser-Gesundheitsreferenzwert von 0,35 ?g/L fest.
Die Arbeitsgruppe um Zohre Eshghdoostkhatami und Alison M. Cupples (Michigan State University) nutzte drei parallele Proben aus dem Langzeit-Versuchsfeld Kellogg Biological Station (KBS-LTER) in Michigan als Impfmaterial. Durch wiederholte Propan-Zugabe entstanden innerhalb weniger Wochen stabile propanotrophe Anreicherungskulturen. Diese bauten 1,4-Dioxan sowohl bei hohen (3 mg/L) als auch niedrigen Ausgangskonzentrationen (ca. 200 ?g/L) in weniger als zwei Wochen vollständig ab – bis unter die Nachweisgrenze von 0,46 ?g/L.
Schlüsselbefunde:
- Bioaugmentation: Nach Übertragung in belastete Sediment-Mikrokosmen sank 1,4-Dioxan auf oder unter 0,46 ?g/L.
- Metagenomanalyse: 18 metagenomisch rekonstruierte Genome (MAGs) aus den Gattungen Methylibium, Mycobacterium, Rhodococcus opacus, Rhodococcus wratislaviensis und Mesorhizobium enthielten komplette Propan-Monooxygenase-Operons (prmABCD).
- Enzymvielfalt: Insgesamt 22 verschiedene Propan-Monooxygenase-Operons wurden sequenziert; die prmA-Untereinheit zeigte hohe Ähnlichkeit zu bekannten 1,4-Dioxan-abbauenden Enzymen.
- Substrat-Screening: Nur Propan (nicht Ammoniak oder 2-Propanol) förderte signifikant den Abbau.
Die leichte Kultivierbarkeit aus Agrarböden – die natürlicherweise Mikroorganismen für den Abbau von Pestiziden, Herbiziden und Fungiziden enthalten – unterstreicht das breite Vorkommen propanotropher Gemeinschaften. „Unsere Ergebnisse erweitern das Repertoire für die ko-metabolische Sanierung“, erklärt Cupples. Propan als Primärsubstrat ermöglicht nicht nur den Abbau bis in den Nanogramm-Bereich, sondern auch die gleichzeitige Elimination weiterer Schadstoffe wie TCE oder NDMA.
Feldversuche mit Propan-Biosparging (z. B. Vandenberg Space Force Base, Lansing) hatten bereits Reduktionen um 70 bis 99 Prozent gezeigt. Die neuen Kulturen könnten diese Ansätze durch gezielte Bioaugmentation ergänzen und Kosten für Pump-and-Treat oder Aktivkohle senken.
Finanziert wurde die Arbeit durch das US-Verteidigungsministerium (SERDP ER23-3590), die National Science Foundation sowie MSU AgBioResearch. Die Studie baut auf früheren Erkenntnissen zu Propan-Monooxygenasen der SDIMO-Gruppen 5 und 6 auf und liefert erstmals eine umfassende Genom-Bibliothek für 1,4-Dioxan-abbauende Propanotrophen.
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.180824
