Weiterentwicklung eines Modells zur Vorhersage des aeroben mikrobiellen Abbaus von Mikroverunreinigungen

Abstract: Das Umweltverhalten vieler organischer Schadstoffe wird stark durch das Ausmass ihres Abbaus durch mikrobielle Gemeinschaften in Belebtschlamm, Böden, oder Sedimenten geprägt. Da die experimentelle Untersuchung des Bioabbaus aufwändig und nicht für alle kommerziell verfügbaren Substanzen möglich ist, kommt der Vorhersage von Bioabbaubarkeit und Abbaupfaden basierend auf der molekularen Struktur von Chemikalien eine grosse Bedeutung zu. Existierende sogenannte (quantitative) Struktur-Bioabbaubeziehungen weisen jedoch grosse Unsicherheiten auf. In diesem Projekt untersuchen wir deshalb die Möglichkeiten und Grenzen, die Genauigkeit der Vorhersage von Bioabbauprodukten und –raten zu verbessern, insbesondere unter folgenden Voraussetzungen:

(i) Vorhandensein eines genügend grossen und konsistenten Satzes von Bioabbaudaten;

(ii) Gezielter Ausnutzung von Informationen über Abbauprodukte, und

(iii) Indem Vorhersagen auf ein bestimmtes, umweltrelevantes System eingeschränkt werden, z.B. den Abbau in Belebtschlamm.

Zu diesem Zweck werden im ersten Teil des Projektes Bioabbaupfade und –kinetiken von wichtigen Klassen von Mikroverunreinigungen experimentell untersucht werden (Amine, Ether und verschiedene Typen von Esterverbindungen). Experimente werden mit Belebtschlamm durchgeführt und Produkte mittels hochauflösender Massenspektrometrie identifiziert. Im zweiten Teil des Projektes werden wir chemoinformatische Ansätze und, wo möglich, quantenchemische Modellierung einsetzen, um beobachtete Abbaupfade und –raten mit chemischer Strukturinformation zu verknüpfen. Die Ergebnisse dieses Projektes werden in einem existierenden, öffentlich verfügbaren Computersystem zur Vorhersage von Bioabbaupfaden implementiert werden (http://umbbd.ethz.ch/predict/index.html).

Projekt Mitarbeiter: Rebekka Gulde, Damian Helbling, Kathrin Fenner