Kontaminanten werden während der Biodegradation (natürliche Attenuation) in eine weniger gefährliche Form umgewandelt oder immobilisiert. Diese Umwandlungs- und Immobilisierungsmechanismen werden hauptsächlich durch den mikrobiellen Abbau und in geringerem Maße durch Wechselwirkungen mit natürlich vorkommenden chemischen und geologischen Medien (Sorption) verursacht. Dieser Mechanismus ist spezifisch für den jeweiligen Schadstoff und wurde als Ansatz zur Behandlung von Bestandteilen von Treibstoffen wie BTEX (Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol) zugelassen, jedoch nicht für zahlreiche andere Klassen (Ganiyu et al., 2022). Die für die natürliche Attenuation erforderliche Zeit variiert stark in Abhängigkeit von den Standortbedingungen. Viele kontaminierte Standorte erfordern möglicherweise keine umfassende Sanierungsstrategie, und die Bioattenuation ist sowohl kosteneffizient als auch effektiv. Tatsächlich wurden in den Vereinigten Staaten verschiedene Bioremediationsansätze erfolgreich eingesetzt, deren Kosten etwa 80–90 % niedriger sind als alternative Reinigungsverfahren auf chemischer und physikalischer Basis. Nachsorgekosten werden mit minimaler Standortstörung erheblich reduziert. Industrielle und umwelttechnische Biotechnologien bevorzugen ebenfalls neuartige Ansätze, die zu Verfahren führen, bei denen saubere Technologien eingesetzt werden, um die Ausbeute zu maximieren und gleichzeitig weniger Rückstände zu erzeugen (Rhea und Clark, 2022). Da die Mehrheit der Böden oligotroph ist oder die notwendigen Mikroben fehlen, wird die alleinige Bioattenuation in vielen Fällen unzureichend und zeitaufwendig.

Diese genetischen und metabolischen Ingenieurtechniken können den Bioremediationsprozess unterstützen (Liang et al., 2020). Für die Genbearbeitung sowie das metabolische Engineering sind schadstoffbesiedelnde Bakterien ideale Kandidaten, da sie dazu verwendet werden, unter den stressigen Bedingungen verschiedenster toxischer, schwer abbaubarer und nicht abbaubarer Xenobiotika zu überleben und sich anzusiedeln. Darüber hinaus scheint das Verständnis des Stoffwechselwegs entscheidend für die Analyse der mikrobiellen Bioremediation zu sein (Plewniak et al., 2018). Abbildung 5 veranschaulicht die Rolle des metabolischen Rekonstruktionsprozesses in der synthetischen Bioremediation, wobei sowohl in-situ- als auch ex-situ-Verfahren zur Behandlung gefährlicher Schadstoffe eingesetzt werden.

Abbildung 5. Rolle der metabolischen Rekonstruktion in der synthetischen Bioremediation über in-situ- und ex-situ-Verfahren zur Bioremediation gefährlicher Schadstoffe.