ERC Starting Grant für Prof. Sara Kleindienst

Wie beeinflussen die Tenside aus Glyphosatformulierungen den mikrobiellen Abbau des Unkrautvernichtungsmittels Glyphosat im Boden? Und wie wirken Tenside auf wichtige Umweltkreisläufe, die mit den Emissionen klimarelevanter Gase (z.B. Kohlendioxid, Methan und Lachgas) zusammenhängen? Für die Erforschung dieser Fragen erhält Prof. Sara Kleindienst einen der renommierten ERC Starting Grants des Europäischen Forschungsrats. Kleindienst leitet seit dem 
1. Juli 2022 die Abteilung Umweltmikrobiologie am Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart und lehrte zuvor an der Universität Tübingen. Für Ihr Projekt „MICROSURF“ erhält sie eine Förderung in Höhe von 1,5 Millionen Euro.

Glyphosat ist das am häufigsten eingesetzte Herbizid der Erde und aufgrund seiner potentiellen Mitschuld bei der Entstehung von Krebserkrankungen hoch umstritten. Was trotz der breiten Debatte nur wenige wissen: Glyphosat wird nicht als Einzelwirkstoff verwendet, sondern als Gemisch, dessen zweithäufigster Bestandteil Tenside sind. Wie diese Tenside sich auf die Mikroorganismen in der Umwelt auswirken, ist noch weitgehend unerforscht. Bereits in früheren Studien konnte Kleindienst in marinen Umgebungen zeigen, dass Tenside mikrobielle Aktivitäten hemmen und eine Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaften und ihrer Funktionen bewirken können. „Ähnliche Effekte könnte die Anwendung von Glyphosat-Tensiden auch an Land und im Süßwasser bewirken“, vermutet sie. „So könnten zum einen die Mikroorganismen, die Glyphosat abbauen, stark beeinträchtigt werden, was die Verweildauer von Glyphosat in der Natur erhöhen könnte. Zum anderen könnten durch die Glyphosat-Tenside die biogeochemischen Kreisläufe beeinträchtigt werden, was die Bildung von Treibhausgasen beeinflussen und zum Klimawandel beitragen könnte.“ 

Um diese Zusammenhänge systematisch zu untersuchen, setzt Kleindienst in ihrem Projekt MICROSURF („Microbial performance impacted by surfactants from glyphosate application“ / Beeinträchtigung der mikrobiellen Performance durch Tenside bei der Anwendung von Glyphosat) auf innovative, multiskalige und interdisziplinäre Pionierforschung. Diese beginnt mit Studien an reinen Isolaten und Anreicherungskulturen und mündet später in Mikrokosmos- und Feldexperimenten. Das übergeordnete Ziel dieser Forschung ist es, Glyphosat-Tenside durch weniger schädliche Alternativen zu ersetzen oder gar biologische Alternativen zu entwickeln, die ganz von Mikroorganismen erzeugt werden, sagt Kleindienst und ist überzeugt: „Unsere Forschung wird die Auswirkungen von Tensiden auf Mikroorganismen in der Umwelt ganzheitlich entschlüsseln und hat das Potenzial, Politik, Gesellschaft, Technologie und Wissenschaft nachhaltig zu beeinflussen.“

Herzensprojekt Deepwater Horizon

Zur Tensidforschung kam die Mikrobiologin über die Umweltkatastrophe um die Erdöl-Plattform „Deepwater Horizon“ im Jahr 2010. Kleindienst war damals Doktorandin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen und untersuchte den mikrobiologischen Abbau von Kohlenwasserstoffen an marinen Gas- und Ölquellen. Als die Bohrinsel 2010 in Brand geriet und 800 Millionen Liter Öl in den Golf von Mexiko gelangten, wusste sie sofort: „Da möchte ich als Forscherin einen wichtigen Beitrag leisten“. Als Postdoktorandin ging die junge Wissenschaftlerin dann an die University of Georgia in den USA und konnte sich ihren Herzenswunsch erfüllen. Bei ihren Forschungen zu der Ölkatastrophe setzte sie bei den Tensiden an, die eingesetzt werden, um den Ölteppich aufzulösen: Diese lassen das Öl nicht verschwinden, sondern verteilen es über weite Bereiche des Meeres – und die Tenside gleich mit. Bei Laboranalysen entdeckte sie, wie sehr Tenside die mikrobiellen Gemeinschaften im Meerwasser verändern und deren Leistungsfähigkeit hemmen können. „Tatsächlich funktionierte der Ölabbau in unseren Experimenten ohne die Beigabe der Dispersionsmittel sogar besser.“

2015 wechselte Kleindienst an die Universität Tübingen, zunächst als Leiterin einer Nachwuchsgruppe, ab 2017 dann als Juniorprofessorin für Mikrobielle Ökologie und Leiterin der gleichnamigen Emmy-Noether-Forschungsgruppe. In dieser Zeit dehnte sie ihre Forschungsinteressen auf den terrestrischen Bereich aus und stieß so auf den mikrobiellen Glyphosatabbau. „Ich erfuhr von den Tensiden in den Glyphosatformulierungen und konnte gar nicht fassen, dass der Einfluss dieser Tenside auf Mikroorgansimen weitgehend ungeklärt ist – genau wie damals bei der Deepwater Horizon Katastrophe.“ Dieses Déjà-vu Erlebnis war die Grundlage für ihren jetzigen ERC-Grant. „Neben den Auswirkungen auf den mikrobiellen Glyphosatabbau wollen wir grundlegend verstehen, wie sich Tenside auf biochemische Zyklen auswirken. Das umfasst beispielsweise auch den Abbau von Stickstoffkomponenten wie etwa Nitrat, das eine Gefährdung für unser sauberes Grundwassers darstellt“, betont Kleindienst ihre Vision. „Am Ende geht es um eine gesunde Umwelt und eine gesunde Menschheit.“