Wegweisende Ökotoxizitätsinstrumente: Bodenmikrobiota im Fokus und Mehrebeneneffekte erfassen
Gesunde Böden sind eine wesentliche Voraussetzung für die Bereitstellung sicherer und gesunder Lebensmittel, das Erreichen von Klimaneutralität, die Umkehrung des Verlusts der biologischen Vielfalt und die Eindämmung von Desertifikation und Bodendegradation. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) wurde im Rahmen des Projekts ARISTO(öffnet in neuem Fenster) eine neue Wissenschaftsgeneration in der mehrstufigen Bewertung der Toxizität von Pestiziden für das Bodenmikrobiom ausgebildet, und es wurden Instrumente und Leitlinien zur Unterstützung dieser Bemühungen entwickelt.
Toxizität von Pestiziden als Ziel analytischer und rechnerischer Instrumente
ARISTO-Projektkoordinator Dimitrios Karpouzas von der Universität Thessalien(öffnet in neuem Fenster) erklärt: „Mikroorganismen sind für funktionierende Ökosysteme unerlässlich. Unter ihnen nehmen ammoniakoxidierende Mikroorganismen und arbuskuläre Mykorrhizapilze eine zentrale Rolle für die landwirtschaftliche Bodenfruchtbarkeit ein, wobei sie gegenüber chemischen Stressfaktoren wie etwa Pestiziden empfindlich sind. Außerdem verfügen wir über gute Instrumente, um ihre Population und Aktivität in Böden und Pflanzen zu messen.“ Das Team von ARISTO entwickelte Hochdurchsatz-In-vitro-Tests für einzelne Arten, um die Toxizität von Pestiziden in Bezug auf diese Mikroorganismen zu bewerten. „Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) erwägt eine Normung unseres Einzelspezies-Tests für Ammoniak-Oxidatoren“, berichtet Karpouzas. Das Projektarbeit ging über konventionelle Bewertungen einzelner Organismen oder einzelner Mikroorganismengruppen hinaus und ergab Bewertungen der Toxizität von Pestiziden auf Ökosystemebene. „Das Paradigma berücksichtigt sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen von Pestiziden sowie Effekte, die über trophische Ebenen im Nahrungsnetz des Bodens messbar sind“, fügt Karpouzas hinzu. Mit einem neuem In-silico-Instrument können die Umwandlungsprodukte von Pestizidverbindungen im Boden vorhergesagt und chemische Komponenten in diesen identifiziert werden, die Toxizität für Bodenmikroben auslösen können, wobei hier Ammoniak-oxidierende Bakterien stellvertretend agieren. Sein Einsatz als frühzeitiges Screening-Instrument im Verlauf der Pestizidentwicklung könnte die Kommerzialisierung von Verbindungen mit minimalen Auswirkungen auf die Bodenmikrobiota unterstützen.
Bodenkunde und öffentliches Engagement fördern
Dank der Anwendung der ARISTO-Tests und -Instrumente fanden die Forschenden heraus, dass die indirekten Auswirkungen von Pestiziden auf Bodenmikrobiota oft ausgeprägter als die direkten Auswirkungen sind. Außerdem ist die OECD-Richtlinie 216, ein Stickstoffmineralisierungstest, der gegenwärtig zur Bewertung der Toxizität von Agrochemikalien auf die Bodenmikrobiota auf Ebene von Regulierungsbehörden zum Einsatz kommt, nicht sehr empfindlich. Sie könnte mithilfe von Instrumenten mit höherer Auflösung, wie sie von ARISTO entwickelt wurden, verbessert werden. Ebenso „stützen die Ergebnisse die Nutzung von Daten aus Einzelspezies-Tests und Amplikonsequenzierung (hochauflösender Ansatz zur Identifizierung der Organismen in der Bodenmikrobiota-Gemeinschaft) bei der Ableitung von Ökotoxizitätsschwellenwerten zur Risikobewertung. Auf diese Weise würde die Bewertung der Toxizität von Pestiziden für Bodenmikroorganismen revolutioniert werden“, betont Karpouzas. Zu guter Letzt hat das ARISTO-Ausbildungsnetz nicht nur wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen, sondern sie auch weitergegeben. Die Doktorandinnen und Doktoranden besuchten Grundschulen und Gymnasien in Griechenland und der Schweiz, wo sie sich den begeisterten Fragen der Lernenden über die Bedeutung von Bodenmikroorganismen und die Art der internationalen Forschung stellten.
EU-weite Einführung unterstützt sicherere Pestizide und Bodengesundheit
Die Ergebnisse des Projekts könnten kaum aktueller sein. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit(öffnet in neuem Fenster) plant eine Überarbeitung des Leitfadens zur terrestrischen Ökotoxikologie, wobei Bodenmikrobiota einen der Schwerpunkte bilden sowie direkte und indirekte Auswirkungen berücksichtigt werden. „Das Team von ARISTO hat ein Schema vorgegeben, das von den Verantwortlichen der Politik übernommen werden kann, ergänzt um Instrumente, Methoden, Leitlinien und Wissen zur Unterstützung. Mit der Übernahme wird der derzeitige EU-Rechtsrahmen für Pestizide revolutioniert“, fasst Karpouzas zusammen. Die ARISTO-Doktorandinnen und -Doktoranden nehmen bereits Stellen in der Industrie und in der Wissenschaft an und stehen bereit, um die Umsetzung von sichereren Pestiziden und gesünderen Böden zu unterstützen.
