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Dokumentenidentifikation DE10125365C2 05.06.2003
Titel Verfahren zum Abbau von Xenobiotika durch Pilzarten mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität in Gegenwart von Pilzen mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität
Anmelder Hoque, Enamul, Dr.Dr.rer.nat.habil., 81247 München, DE
Erfinder Hoque, Enamul, Dr., 81247 München, DE
DE-Anmeldedatum 23.05.2001
DE-Aktenzeichen 10125365
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.06.2003
IPC-Hauptklasse C12P 1/02
IPC-Nebenklasse C02F 3/34   B09C 1/10   B01D 53/84   C12S 9/00   C12S 5/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau von Xenobiotika durch mindestens eine Pilzart mit Monooxygenase/Dioxygenase-Aktivität in Gegenwart mindestens einer Pilzart mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zusammensetzung aus den vorgenannten Pilzarten, sowie deren Verwendung zum Abbau von Xenobiotika.

Ein Beispiel einer Gruppe von Pilzarten mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität sind die sogenannten ligninabbauenden Pilze. Der Abbau von Lignin setzt das Vorhandensein einer Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität voraus. Pilzarten, wie beispielsweise der Weißfäule-Pilz Phanerochaete chyrsosporium (ATCC 24725, ATCC 34541), besiedeln verholzte Pflanzenteile und kommen ubiquitär in den terrestrischen Agrar- und Waldökosystemen vor. Es ist bereits bekannt, dass diese Pilzarten eine Vielzahl von Xenobiotika entgiften können. So wurde beispielsweise der totale Entgiftungszyklus des Xenobiotikums 3,4-Dichloranilin bei P. chrysosporium bereits aufgeklärt, wobei die Xenobiotika-Entgiftungsprozesse durch Konjugation, Polymerisierung und Mineralisierung des aromatischen Rings eingeleitet werden können (5). Bei kürzlichen Versuchen mit dem beim Weizenanbau häufig verwendeten Herbizid Isoproturon wurde untersucht, in welchem Maße Pilzarten mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität freies und Weizenzellwand gebundenes Isoproturon mineralisieren (8). Es wurde dabei herausgefunden, daß die Mineralisierung des aromatischen Rings von Xenobiotika, wie Isoproturon, durch Pilze voraussetzt, dass die Abbauenzyme der Monooxygenasen und/oder Dioxygenasen aktiviert sind.

Nachteilig an der alleinigen Verwendung von Pilzen mit Monooxygenase-/Dioxygenase- Aktivität ist, daß die Abbaugeschwindigkeit - abhängig von der jeweiligen Xenobiotika- Art - relativ langsam und die Abbaurate relativ klein ist. Zudem muß der Abbau vorzugsweise im für den Pilz optimalen Temperaturbereich, der z. B. beim Weißfäulepilz Phanerochaete chyrsosporium 39°C beträgt, und in sauerstoffreichem Medium durchgeführt werden, was unter den in der Regel gegebenen Umweltbedingungen beinahe nie der Fall ist.

Im Gegensatz zu Pilzarten mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität entgiften Pilzarten mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität die Xenobiotika mittels Glutathion-S-Transferase.

Zur Entgiftung von Grundwässern, die durch natürliche (biogeogene) S-haltige Substanzen verunreinigt sind, wie z. B. die H2S-Quelle bei Irnsing (Frankenalb, Deutschland), wie auch durch Industrie-/Bergbau-Schwefelabwässer kontaminiert sind, können Pilzarten der Klassen Basidiomycotina, Deuteromycotina oder Zygomycotina, z. B. Cephalosporium, Penicillium, Trichoderma und Mucor, mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität eingesetzt werden (10). Einige umweltrelevante, S-haltige Komponenten sind z. B. H2S, Thiosulfat (S2O32-), Sulfit (SO32-) Dimethylsufid, Dimethyldisulfid, Methanthiol, Ethanthiol, Mercaptane, Dimethylsulfoxid. Es ist auch bekannt, dass Pilzarten mit Glutathion-S- Transferase-Aktivität, wie z. B. Mucor hiemalis, funktionelle Gruppen zur Biosorption von Chrom an die Zellwand besitzen (3).

Nachteilig an der alleinigen Verwendung von Pilzarten mit Glutathion-S-Transferase- Aktivität ist, daß durch Konjugation mit Glutathion keine totale Entgiftung (Mineralisierung) von Xenobiotika erreicht werden kann.

Neben dem Einzelbeitrag der Mikroorganismen zum Abbau bzw. zur Entgiftung von Xenobiotika sind auch mikrobielle Gemeinschaften beim Schadstoffabbau von Bedeutung, da die Schadstoffabbauleistungen der Gemeinschaften synergistisch verstärkt sein können.

In der Literatur wurde bereits vereinzelt über den Schadstoffabbau bakterieller Gemeinschaften berichtet. Nachteilig beim Einsatz bakterieller Gemeinschaften ist jedoch, daß diese in mancher Hinsicht gegenüber eukaryotischen Pilze bezüglich des Xenobiotika- Abbaues unterlegen sind, da die Pilze eine breitere Xenobiotika-Substratspezifität als die Bakterien besitzen, und somit in der Regel besser als Bakterien die Schadstoffgemische entgiften können. Zudem können aquatische Pilzarten, zumindest im oberflächennahen, sauerstoffreichen Grundwasser, effiziente Beiträge zur Schadstoffentgiftung leisten. Manche Pilzarten sind fakultativ anaerob, und somit können sie in den tieferen geologischen Schichten, sogar in Sporenform (1), auch bezüglich der Schadstoffentgiftung aktiv sein.

Bis zum jetzigen Zeitpunkt ist jedoch sehr wenig über die Schadstoffabbauleistung der pilzlichen Gemeinschaften bekannt geworden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Zusammensetzung zum Abbau von Xenobiotika durch Mikroorganismen bereitzustellen, durch das eine erhöhte Abbauleistung von Xenobiotika in einer kürzeren Zeitspanne und in einem breiten Temperaturbereich erreicht werden kann und zusätzlich ein breites Spektrum an Xenobiotika entgiftet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1, 13 und 19 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß der Xenobiotikaabbau durch Pilzarten mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität in Gegenwart von Pilzarten mit Glutathion-S- Transferase-Aktivität elicitiert wurde. Unter Elicitierung wird im vorliegenden Zusammenhang die Verstärkung der metabolischen Aktivität bzw. des metabolischen Signals eines biologischen Systems durch die Anwesenheit eines Teilsystems/des Gesamtsystems eines anderen Organismus verstanden.

Bei einem gemeinschaftlichen Einsatz zeigte sich, daß die Xenobiotika-Abbaugene bzw. - enzyme bei durch Pilzarten mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität durch Pilzarten mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität elicitiert wurden. Bei diesen, durch die entsprechenden Gene exprimierten Enzymen, handelt sich um die wichtigsten pilzlichen Entgiftungsenzyme, nämlich die Cytochrom P450 Isoenzyme (z. B. Dealkylase, Hydroxylase). Umgekehrt ist es möglich, daß Pilzarten mit Monooxygenase/Dioxygenase- Aktivitäten Schadstoffabbaugene bzw. -enzyme von Pilzarten mit Glutathion-S- Transferase-Aktivität stimulieren. Die einzige Voraussetzung, die bei Kombination von Pilzarten der beiden vorgenannten Gruppen zu beachten ist, ist deren physiologische Kompatibilität. Diese Kompatibilität kann durch einfache Maßnahmen festgestellt werden, beispielsweise dadurch, dass beide Pilzarten auf festem Malzextrakt-Agar (2/1, w/w)- Medium keine Trennlinien (demarcation line) bilden und keine starke Reaktionen (Flüssigkeitströpfchenbildung) auf der Myzeloberfläche zeigen (siehe Abb. 1).

Als Pilzarten mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität werden erfindungsgemäß insbesondere die Pilzarten Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus oder Phanerochaete chrysosporium eingesetzt. Die Pilzart Phanerochaete chrysosporium zeigte dabei bei der gemeinsamen Verwendung mit Pilzarten mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität besonders gute Entgiftungseigenschaften.

Erfindungsgemäß finden als Pilzarten mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität insbesondere die Pilzarten der oben erwähnten Klassen Basidiomycotina, Deuteromycotina oder Zygomycotina, z. B. Cephalosporium, Penicillium, Trichoderma und Mucor, Anwendung. Unter diesen hat sich die Pilzart Mucor hiemalis f. irnsingii (DSM 14200) als besonders vorteilhaft erwiesen. Im Gegensatz zu Mucor hiemalis f. hiemalis, der die Pflanzenteile saprophytisch besiedelt, wurde der Pilz Mucor hiemalis f. irnsingii (DSM 14200) aus H2S- Quellwässern isoliert (7), d. h., er verträgt außerdem H2S. Dieser Aspekt ist von Bedeutung, da unter aeroben Bedingungen schwefelhaltige Kontaminationen häufig schlecht durch die Mikroorganismen abgebaut bzw. entgiftet werden. Die Pilzart Mucor hiemalis f. irnsingii verträgt zudem mehr als 500 ppm Natriumthiosulfat.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich insbesondere beim Abbau des Herbizids Isoproturon als vorteilhaft herausgestellt. Durch den vorstehend beschriebenen Effekt der wechselseitigen Elicitierung der Entgiftungsenzyme von Pilzarten mit Monooxygenase- /Dioxygenase-Aktivität und Pilzarten mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität kommt es in weit kürzerer Zeit zu einem vollständigen Abbau des Herbizids. Durch den synergistischen Effekt kommt es zu einer Aktivierung der Abbauenzyme, die für einen schnelleren und vollständigeren Abbau der Substanz verantwortlich sind. Zu den erfindungsgemäß abbaubaren Xenobiotika gehören beispielsweise PAK's (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe), PCB's (polychlorierte Biphenyle), Dioxine, Furane, BTX (Benzol-, Toluol- und Xylol)- Verbindungen, Sprengstoffe, DDT, 3,4-Dichloranilin, Azofarbstoffe, Lindane, PCP (Pentachlorphenol), sowie deren gebundene Xenobiotika. Darüberhinaus können andere Xenobiotika, die durch den kompatiblen Pilzpartner, d. h. Pilzarten mit Glutathion-S-Transferase, detoxifizierbar sind, grundsätzlich effizient abgebaut bzw. entgiftet werden. Deswegen deckt das erfindungsgemäße Abbauverfahren weitere toxische Schadstoffe, z. B. Schwermetalle, Klärabfälle, ölhaltige Kontaminationen, in unterschiedlichen extremen Umgebungen ab.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Temperaturbereich von 0,3 bis 50 Grad Celsius durchgeführt werden. Dies mag zunächst erstaunen, da beispielsweise P. chyrsosporium bei Raumtemperatur relativ langsam wächst bzw. sporuliert, und das Lignin im Holzteil bei einem Temperaturoptimum der Mineralisierung in sauerstoffreichen Medien bei 39°C mineralisiert (5). Darin liegt auch einer der bedeutendsten Nachteile seines alleinigen Einsatzes, der relativ hohe Temperaturen erforderlich macht. Durch die erfindungsgemäße Kombination zumindest einer Pilzart mit Monooxygenase- /Dioxygenase-Aktivität und zumindest einer Pilzart mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität tritt die vorteilhafte Situation ein, daß über die Stoffwechselstimulierung das Temperaturoptimum für den Schadstoffabbau der einzelnen Partner nach unten gesenkt werden kann. Dies wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht:

Das Temperaturoptimum des Wachstums von Phanerochaete chyrsosporium liegt bei 39°C, Mucor hiemalis f. irnsingii wächst und sporuliert auf Malz-Extrakt-Agar noch unterhalb der Grundwassertemperatur, z. B. bei 5°C. Es hat sich gezeigt, dass eine Kombination der beiden vorgenannten Pilzarten eine Abbauleistung bei noch niedrigeren Temperaturen von bis zu 0,3°C zeigt.

Das vorliegende Verfahren kann daher beispielsweise bei Raumtemperatur durchgeführt werden bzw. die Zusammensetzung kann bei diesen Temperaturen eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, die Medientemperatur auf Grundwassertemperatur zu senken und dadurch einen Xenobiotika-Abbau in tieferen Sedimentschichten durch Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Pilzarten zu erreichen bzw. die Mineralisierungsdauer zu verkürzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in C- und/oder N-Mangelmedien durchgeführt. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren/Zusammensetzung auch in C-, N-reichen Medien durchgeführt/eingesetzt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Abbau von Xenobiotika in C- und N- Mangelmedien eine überlegene Abbaugeschwindigkeit/-Rate zur Folge hatte. Hierbei wurde festgestellt, daß in C-Mangelmedien der maximale Abbau von Xenobiotika, wie beispielsweise Isoproturon, im Vergleich zu N-Mangelmedien ca. 3 Tage verspätet auftrat. Ein wichtiger Grund dafür ist wahrscheinlich die metabolische Abhängigkeit des Aminosäure (N-haltig, z. B. Glutamat)-Zyklus vom Zitronensäurezyklus, wobei Acetyl- CoA von der C-Quelle (Kohlenhydrat, Fette, organische Schadstoffe) zum Citronensäurezyklus eingespeist und später z. T. in Aminosäure wie bei einem 1 : 1- Zahnradsystem umgesetzt wird. Deswegen ist neben Belüftung der Grundwässer die gezielte Steuerung des C-/N-Verhältnisses (Mittelwert von vorhandenen Nährstoffen und vom Schadstoff) von Vorteil.

Darüber hinaus kann eine dementsprechende Zusammensetzung zur Entgiftung von Schadstoffen beispielsweise in Kläranlagen, von Abwässern, Müll, Ackerböden, Flugaschen, Industrieböden und Industrieluft verwendet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildungen näher beschrieben.

Die Abbildungen zeigen:

Abb. 1 Kompatibilitätstest von P. chrysosporium mit Mucor hiemalis f. irnsingii auf Malz-Extrakt-Agar (3 : 1, w/w).

Abb. 2 Mögliche Angriffsstellen am Isoproturon durch die pilzlichen Entgiftungsenzyme (Pc: Phanerochaete chrysosporium; Mh: Mucor hiemalis f. irnsingii).

Abb. 3 Metabolismus von [ring-14C-UL]-Isoproturon (1,8 µCi; 0,4 ppm) mit nichtmarkiertem Isoproturon (Gesamtkonzentration: 30,4 ppm) in C-limitierten (C-lim) und N-limitierten (N-lim) Flüssigmedien nach zunehmender Versuchsdauer.

Abb. 4 Elicitierung des Abbaues von freiem Isoproturon (1,8 µCi [ring-14C-UL]- Isoproturon + nichtmarkiertes Isoproturon; Gesamtkonz. 30,4 ppm) durch P. chrysosporium in Gegenwart von Mucor hiemalis f. irnsingii in N-Mangelmedien

Beispiele

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Kombination der ligninabbauenden Pilzart P. chrysosporium und der Pilzart Mucor hiemalis f. irnsingii, die eine hohe Glutathion-S-Transferase-Aktivität aufweist, verdeutlicht.

Die Angaben über Material und Methoden sind teilweise direkt in den Legenden enthalten. Die Experimente zur Mineralisierung von Isoproturon (IPU) wurden analog wie bei 3,4- Dichloranilin nach (5) durchgeführt. Die Kultivation von P. chrysosporium in Gegenwart von Mucor hiemalis f. irnsingii in N-limitierten, C-limitierten und C-, N-reichen Flüssigmedien erfolgte nach (7). Für weitere Angaben wird auf den Inhalt der entsprechenden Publikationen verwiesen. Bezüglich der Angaben zur Isolierung und Identifizierung der Pilzstämme von Mucor hiemalis f. irnsingii wird auf den Inhalt der Veröffentlichung (6) Bezug genommen.

Verträglichkeitstest der Pilzarten P. chrysosporium und Mucor hiemalis f. irnsingii

Die Abb. 1 zeigt, dass die Myzel von P. chrysosporium keine starke Demarkationslinie mit M. hiemalis am Myzelberührungspunkt bildet. Damit sind die beiden Pilzarten physiologisch kompatibel. In Flüssigkeiten können sie zusammen Pellets bzw. Biofilme bilden. Die Hyphen und Pilzsporen von beiden Pilzarten zeigten das Vorkommen von Chitin auf der Oberfläche (6).

Entgiftungsenzyme der Pilzarten P. chrysosporium und Mucor hiemalis f. irnsingii P. chrysosporium-Entgiftungsenzyme

Die folgenden Entgiftungsenzymsysteme wurden bei P. chrysosporium festgestellt: Ligninase (5), Arylacylamidase (5) und auch α-Ketoglutaryl-CoA-Ligase und Monooxygenasen wie Cytochrom P-450 Isoenzyme und/oder Dioxygenasen wie 3,4- Dichloranilinsuccinimid Dioxygenasen (5) und Isoproturon Dioxygenasen (vgl. unten). Es wurde nur eine schwache Glutathion-S-Transferase-Aktivität beim Weißfäule-Pilz P. chrysosporium festgestellt (5). Neben der totalen Entgiftung von Xenobiotika durch die Mineralisierung mittels P. chrysosporium wurden auch die Entgiftungswege durch Polymerisierung, und durch Konjugation, z. B. 3,4-Dichloranilin mit α-Ketoglutarsäure, aber gering mit Glutathion (siehe oben), bereits beschrieben (5).

Mucor hiemalis f. irnsingii-Entgiftungsenzyme

Es wurde bereits berichtet, dass Mucor hiemalis f. irnsingii die im Mikroorganismenreich höchste bekannte Glutathion-S-Transferase-Aktivität gegenüber Fluoridifen besitzt (6). Dagegen ist die in vivo Aktivität von Cytochrom P-450 Isoenzymen bzw. Dioxygenasen sehr gering bei dieser Pilzart (vgl. unten). Die Angriffswege der Entgiftung von Xenobiotika mittels Glutathion-S-Transferase bei Mucor hiemalis f. irnsingii sind 1) nukleophile Substitution des Chloratoms mit Glutathion, z. B. bei Atrazin, Propachlor, Pretilachlor, Chlorimuron, 2) Anlagerung von Glutathion via Etherbindungsspaltung, z. B. in Fluoridifen, Acifluorfen, 3) Anlagerung von Glutathion via Sulfoxidspaltung, z. B. bei EPTC und Metribuzin, und 4) Addition von Glutathion an Epoxid, z. B. bei Tridiphan (9). Obwohl durch Konjugation mit Glutathion keine totale Entgiftung (Mineralisierung) erreicht wird, können die diversen Xenobiotika bzw. ihre Metabolite, wo Angriff mittels Glutathion-S-Transferase ermöglicht wird, durch die Konjugation mit Glutathion eine Zunahme der Polarität und der zellulären Exkretion, und damit verbunden die Reduktion der Toxizität und der zellulären Wiederaufnahme bzw. die Verstärkung weiterer enzymatischer Verarbeitung mittels anderer Entgiftungsenzyme, z. B. Monooxygenasen/Dioxygenasen effizient erreicht werden.

Die Abb. 2 zeigt hypothetisch die möglichen Angriffsstellen bzw. Angriffssequenzen hinsichtlich des Abbaues von Isoproturon in Dualkulturen von P. chrysosporium und M. hiemalis f. irnsingii.

In vivo Abbau von Isoproturon durch Phanerochaete chrysosporium und Mucor hiemalis f. irnsingii P. chrysosporium

Es wurde gezeigt, dass der Weißfäule-Pilz P. chrysosporium freie und Weizenzellwand- gebundenes Isoproturon bis zu 22% bzw. 13% in 25 Tagen in sauerstoffreichen N-Mangel- Medien bei 39°C mineralisiert (8). Bei der Entgiftung von Weizenzellwand-gebundenem Isoproturon war die Isoproturon-Solubilisierungsleistung von P. chrysosporium aus der unlöslichen Weizenzellwand bemerkenswert hoch.

Mucor hiemalis f. irnsingii

Die Voruntersuchungen mit [ring-14C-UL]-Isoproturon haben gezeigt, dass der Pilz Mucor hiemalis f. irnsingii kaum Isoproturon, wie auch theoretisch überlegt wurde (Abb. 2), in vivo in N-Mangel, C-Mangel und C-, N-reichen sauerstoffreichen Flüssigmedien bei ca. 20°C und 70 UpM-Schüttelfrequenz abbaut. Dieses Ergebnis konnte sogar bei noch höherer Temperatur, z. B. bei 39°C, bestätigt werden (vgl. unten).

Um den Abbau von Isoproturon durch Phanerochaete chrysosporium in Gegenwart von Mucor hiemalis f. irnsingii untersuchen zu können, wurde der folgende Versuch bei 39°C und Schüttelfrequenz 70 UpM in sauerstoffreichen Flüssigmedien vorgenommen. Zunächst wurden die Sporen von Mucor hiemalis f. irnsingii, Isolat phänotypisch "hellbraun", appliziert, dann die Sporen von Mucor hiemalis f. irnsingii, Isolat phänotypisch "dunkel (melanisiert)", und zuletzt die Sporen von P. chrysosporium appliziert. Die Sporenkeimung und die Pelletbildung dauerte bis zum darauffolgenden 3. Tag (siehe Abb. 3). Mittels dieses Versuchs konnte die in vivo Elicitierung des Isoproturon-Abbaus durch P. chrysosporium in Gegenwart von Mucor hiemalis f. irnsingii in N-Mangel, C-Mangel und C-, N-reichen Medien in Abhängigkeit der Sporenzugabe in unterschiedlichen Nährstoffausstattungen untersucht werden. In C-, N-reichen Medien wurde ein geringerer Abbau von Isoproturon durch P. chrysosporium in Gegenwart von Mucor hiemalis f. irnsingii bis zum 31. Tag festgestellt. In C-Mangelmedien trat der maximale Abbau von Isoproturon im Vergleich zu N-Mangelmedien ca. 3 Tage verspätet auf. Es scheint auch, dass in C-limitierten Medien die Metabolisierung von Isoproturon im Vergleich zu N- limitierten Medien etwas anders abläuft (vgl. Abb. 3). Der in C-limitierten Medien gebildete Metabolit "Met2" war polarer als der in N-Mangelmedien gebildete Metabolit "Met1". Neben Met1 trat auch Met2 in N-limitierten Medien in geringen Mengen auf. Der Metabolit "Met1" wurde vorläufig als Hydroxy-Monodesmethyl-IPU und "Met2" als Hydroxy-Didesmethyl-IPU zugeordnet. In der Kontrolle (C-, N-reiche Medien ohne Pilz), wie erwartet, wurde kein Umsatz von Isoproturon beobachtet.

Elicitierung der Mineralisierung von freiem Isoproturon durch Phanerochaete chrysosporium in Gegenwart von Mucor hiemalis f. irnsingii in N-Mangelmedien

Die Abb. 4 zeigt, dass die Gesamtradioaktivität im Medium sowie die Radioaktivität von [ring-14C-UL]-Isoproturon (Gesamtkonzentration: ca. 30,4 ppm) im Medium und geringfügig nach der ersten Applikation von Sporen aus Mucor hiemalis f. irnsingii, Stamm "hellbraun", abnimmt. Die zweite Applikation von Sporen aus Mucor hiemalis f. irnsingii, Stamm "dunkel (melanisiert)", zeigte etwas mehr Abbau von Isoproturon, aber immer noch gering. Eine dramatische Erhöhung des Abbaues von Isoproturon konnte erst nach der Applikation von Phanerochaete chrysosporium-Sporen beobachtet werden. Innerhalb eines Tages nach der Sporenkeimung und der Pelletbildung verschwand Isoproturon, dafür traten die Metaboliten Met1 und Met2, insbesondere Met1, auf und außerdem stieg simultan, sogar während der Sporenkeimung, die Bildung von 14CO2. Innerhalb der nächsten 10 Tage wurde mehr als 30% Isoproturon in N-Mangelmedien mineralisiert. In diesem Falle kann man von Elicitierung des Abbaues von Isoproturon durch P. chrysosporium in Gegenwart von Mucor hiemalis f. irnsingii sprechen, da sonst Isoproturon nur bis zu 22%, aber erst in 25 Tagen, durch Phanerochaete chrysosporium alleine, also ohne Mucor hiemalis f. irnsingii, mineralisiert wird (8).

Zusammengefasst kann der ubiquitär vorkommende Weißfäule-Pilz P. chrysosporium folglich freies und Weizenzellwand gebundenes Isoproturon bis zu 22% bzw. 13% in 25 Tagen mineralisieren (8). Diese Abbaurate bzw. Mineralisierung von Isoproturon durch P. chrysosporium kann durch die Elicitierung durch Mucor hiemalis f. irnsingii sogar bei einer relativ sehr hohen Konzentration (30,4 ppm ≈ 148,29 µM) im Vergleich zu einer früheren Studie (0,61 µM Isoproturon; (8)) noch weiter auf > 30% erhöht werden. Literatur (1) DEACON, J. W. (1984): Introduction to modern mycology. - Blackwell Scientific Publications, Oxford, 239 S.

(2) DSM (1993). Catalogue of strains. Braunschweig, Germany, 569 S.

(3) GAMPER, M. (1995): Identifizierung der funktionellen Gruppen für die Biosorption von Chrom an die mikrobielle Zellwand von Mucor hiemalis. - Diplomarbeit, Univ. Innsbruck, 90 S.

(4) HOQUE, E. (1995). High-performance size-exclusion chromatographic characterization of water-soluble polymeric substances produced by Phanerochaete chrysosporium from free and wheat cell wall bound 3,4-dichloroaniline. - J. Chromatography A 708: 273-281.

(5) HOQUE, E. (1999): Beiträge zu Wirkungsgefüge und Systemantwort der Pflanzen und Pilze auf Stress. - Habilitationsschrift, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Fachbereich Biologie, Technische Universität Dresden, 213 S.

(6) HOQUE, E., PFLUGMACHER, ST., WOLF, M., HEINRICHS, G., SEILER, K.-P. (2000): Mucor hiemalis baut Xenobiotika durch Glutathion-S-Transferase-Aktivität ab. GSF Jahresbericht 1999, Inst. F. Hydrologie, 59-68.

(7) KIRK, T. K., SCHULTZ, E., CONNORS, W. J., LORENZ, L. F., ZEIKUS, J. G. (1978): Influence of culture parameters on lignin metabolism by Phanerochaete chrysosporium. - Arch. Microbiol. 177, 277-285.

(8) MAY, R. G., SPARRER, I., HOQUE, E., SANDERMANN, H., Jr. (1997): Mineralization of native pesticidal plant cell-wall complexes by the white-rot fungus, Phanerochaete chrysosporium. - J. Agric. Food Chem. 45, 1911-1915.

(9) PFLUGMACHER, S. (1996): Chemo-taxonomische Untersuchung von Enzymsystemen für die Umsetzung von Xenobiotika in niederen Pflanzen und marinen Makroalgen: Ein Beitrag zum Konzept der "Grünen Leber". - Dis., Fakultät für Biologie, Ludwig-Maximilians-Universität München.

(10) Phae, C.-G., Shoda, M. (1991): A new fungus which degrades hydrogen sulfide, methanethiol, dimethylsulfide and dimethyldisulfide, Biotechnology Lett. 13, 375-380 (1991).


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Abbau von Xenobiotika/organischen Schadstoffen durch Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbau durch eine physiologische kompatible Kombination mindestens einer Pilzart mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität und mindestens einer anderen Pilzart mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität durchgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der Pilzarten Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus und Phanerochaete chrysosporium als Pilzart mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität eingesetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens eine Pilzart der Klassen Basidiomycotina, Deuteromycotina oder Zygomycotina als Pilzart mit Glutathion-S- Transferase-Aktivität eingesetzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem mindestens eine der Pilzarten Cephalosporium, Penicillium, Trichoderma und Mucor eingesetzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Pilzart Mucor hiemalis, f. irnsingii, eingesetzt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Kombination von Phanerochaete chrysosporium und Mucor hiemalis, f. irnsingii, eingesetzt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1-6, das in einem Temperaturbereich von 0,3 bis 50°C durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, das bei Raumtemperatur (15-25°C) durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, das bei Grundwassertemperatur (7-12°C) durchgeführt wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1-9, bei dem die mindestens eine Pilzart mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität und die mindestens eine andere Pilzart mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität dem zu entgiftenden Medium simultan zugesetzt werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1-9, bei dem dem zu entgiftenden Medium zuerst die mindestens eine Pilzart mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität und dann die mindestens eine andere Pilzart mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität zugesetzt werden.
  12. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abbau in C- und/oder N-Mangelmedien durchgeführt wird.
  13. 13. Zusammensetzung zum Abbau von Xenobiotika/organischen Schadstoffen, die eine physiologisch kompatible Kombination von Zellen mindestens einer Pilzart mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktiviät und mindestens Zellen einer anderen Pilzart mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität enthält.
  14. 14. Zusammensetzung nach Anspruch 13, die mindestens eine der Pilzarten Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus und Phanerochaete chrysosporium als Pilzart mit Monooxygenase-/Dioxygenase-Aktivität enthält.
  15. 15. Zusammensetzung nach Anspruch 13 oder 14, bei der mindestens eine Pilzart der Klassen Basidiomycotina, Deuteromycotina oder Zygomycotina als Pilzart mit Glutathion-S-Transferase-Aktivität eingesetzt wird.
  16. 16. Zusammensetzung nach Anspruch 15, bei der mindestens eine der Pilzarten Cephalosporium, Penicillium, Trichoderma und Mucor eingesetzt wird.
  17. 17. Zusammensetzung nach Anspruch 16, bei der Mucor hiemalis, f. irnsingii, eingesetzt wird.
  18. 18. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13-17, bei der eine Kombination von Phanerochaete chrysosporium und Mucor hiemalis, f. irnsingii, eingesetzt wird.
  19. 19. Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 13-18 zum Abbau von Xenobiotika/organischen Schadstoffen.
  20. 20. Verwendung nach Anspruch 19 zum Abbau von Xenobiotika/organischen Schadstoffen in Grundwasser, Kläranlagen, Abwässern, Müll, Ackerböden, Flugaschen, Industrieböden und Industrieluft.






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