extrazelluläre polymere Substanzen (EPS)

An der biologischen Abwasserreinigung beteiligte Mikroorganismen verwenden u.a. EPS um die Schadstoffe im Abwasser noch vor der Aufnahme in die Zelle zu metabolisieren. Bestandteile der EPS sind Polysaccharide, Proteine (z. B. Exoenzyme), Glykoproteine usw.. Die EPS sind ihrer Struktur nach amorph und stark wasserhaltig (Gel). Wasser ist teilweise in den EPS-Molekülen chemisch gebunden. Bildlich können die EPS als ein die Mikroorganismen umgebender Schwamm verstanden werden, dessen Poren mit Wasser gefüllt sind.

EPS werden von zahlreichen Bakterienarten produziert und um die Zelle als Schleimkapsel angelagert. Die Schleimkapsel dient ganz unterschiedlichen, noch nicht restlos aufgeklärten Zwecken. Nach heutiger Vorstellung sind vier Mechanismen von besonderer Bedeutung.

  1. Bakterienarten, die unter Substratmangel aufwachsen, und die zur Deckung ihres Substratbedarfs hochmolekulare Stoffe mit Hilfe von Exoenzymen spalten müssen, lagern die Exoenzyme in die EPS ein, um sie nahe an der Zellmembran zu halten. Die EPS werden in diesem Fall als Diffusionsbarriere genutzt.
  2. Bakterien, die in Symbiose mit anderen Arten leben, wie beispielsweise die Nitrifikantenarten verwenden die EPS als Mittel, um in räumlicher Nähe bleiben zu können.
  3. Bakterienarten, die toxischen Substanzen (z. B. Schwermetallen) ausgesetzt sind, verwenden die EPS als Schutzschild. Die toxischen Substanzen werden an die EPS absorptiv oder adsorptiv gebunden und können damit nicht in das Zellinnere vordringen.
  4. Fadenförmig wachsende Bakterienarten verwenden die EPS als Stützgerüst.

Wenn die EPS als Stützgerüst dienen, werden steife und zugfeste Polymere benötigt. In allen anderen Fällen sind Polymerstrukturen notwendig, die voluminös sind, um beispielsweise eine große Zahl an Exoenzymen halten zu können, dabei aber porös, um eine möglichst ungehinderte Diffusion der Substratmoleküle, der Elektronendonatoren und -akzeptoren sowie der ausgeschiedenen Metabolite zu ermöglichen. Solche EPS haben eine schleimige Natur und werden daher oft als Schleimsubstanzen bezeichnet. In der mikrobiologischen Fachliteratur heißt diese Art von EPS auch Kapsel oder Glycocalix.

Zur Bildung einer Belebtschlammflocke werden Bakterienarten gebraucht, die schleimartige EPS produzieren und damit eine große Zahl an Bakterienzellen zusammenbinden können. Zoogloea ramigera ist beispielsweise ein Bakterienart, die für ihre Fähigkeit zur Schleimbildung besonders bekannt geworden ist. Für die Abwasserreinigung sind Pseudomonaden besonders wichtig.