Erstes kunststoffabbauendes Bakterium entdeckt

Ein Forschungsteam aus Japan hat den ersten Mikroorganismus entdeckt, der den Kunststoff PET vollständig abbauen und stofflich verwerten kann. Bisher waren als natürliche Zersetzer von PET nur wenige Pilzarten bekannt, mit denen das biologische Recycling des Kunststoffs nicht machbar war. Könnte es auch eine Schattenseite des Ganzen geben?

Gepresste PET-Flaschen. Jährlich werden etwa 50 Millionen Tonnen Polyethylenterephthalat (PET) produziert. Foto: Michal Maňas (Wikimedia)

Gepresste PET-Flaschen. Jährlich werden etwa 50 Millionen Tonnen Polyethylenterephthalat (PET) produziert. Foto: Michal Maňas (Wikimedia)

Weltweit werden jährlich über 300 Millionen Tonnen Kunststoff produziert, hauptsächlich aus Erdöl. Darunter sind etwa 50 Millionen Tonnen Polyethylenterephthalat oder kurz PET, aus dem vor allem Getränkeflaschen hergestellt werden. Kunststoffe sind bis auf wenige Spezialkunststoffe biologisch nicht abbaubar, sie verrotten also nicht. Die Mülldeponien und die Umwelt, vor allem die Weltmeere, in denen riesige Mengen Plastikmüll schwimmen, werden dadurch erheblich belastet. Durch mechanische Zerstörung bilden sich im Laufe der Jahre mikroskopisch kleine Plastikteilchen, die sich in den Lebensräumen verbreiten, in die Nahrungskette gelangen und verschiedenste Lebewesen krank machen.

Zu dem Forscherteam [ 1 ] gehören mehrere Wissenschaftler japanischer Universitäten und Forschungseinrichtungen. In den Proben aus einer Recyclinganlage für PET-Flaschen entdeckten sie ein bisher einzigartiges Bakterium: Ideonella sakaiensis. Es ist in der Lage, PET-Kunststoff zu zersetzen und als Quelle für Energie und Kohlenstoff zu verwerten. Mit umfangreichen Experimenten zeigten die Forscher, dass Ideonella sakaiensis sich an PET-Oberflächen anheften kann und ein spezielles Enzym ausscheidet. Diese PETase bricht die chemischen Bindungen im Kunststoff auf. Das Bakterium nimmt die Abbauprodukte auf und spaltet sie mit dem Enzym MHETase in die Grundbaustoffe des PET, das sind die Monomere Ethylenglykol und Terephthalsäure. Diese dienen im Stoffwechsel des Mikroorganismus als alleinige Wachstumsquelle.

„Die Entdeckung dieses besonderen Bakteriums ist aus mehreren Gründen bahnbrechend“, erklärt Prof. Dr. Uwe Bornscheuer in einer Medieninformation der Universität Greifswald. „Bislang waren nur ganz wenige Enzyme bekannt, die überhaupt und auch nur eine sehr geringe Aktivität im Abbau von PET zeigen. Besonders wichtig für ein Aufbrechen des Polymers ist vor allem die Zugänglichkeit der ‘glatten’ Kunststoffoberfläche. Hier scheint der Ideonella sakaiensis-Stamm besondere Mechanismen entwickelt zu haben, die das japanische Forscherteam aber noch nicht im Detail aufklären konnte.“

Biologisches PET-Recycling

Prinzipiell ließe sich mit dem Mikroorganismus der Kunststoff PET umweltfreundlich verwerten. Ebenso ließen sich mit Kenntnis der beteiligten Enzyme Verfahren entwickeln, die die Terephthalsäure isolieren, um daraus neues PET herzustellen. „Dies würde ohne Zweifel eine erhebliche Umweltentlastung darstellen, da auf den Einsatz von Erdöl zur Herstellung dieses Kunststoffes verzichtet werden könnte“, schließt Professor Bornscheuer seine Einschätzungen ab.

Ein anpassungsfähiger Mikroorganismus

Wie sind die beiden Enzyme PETase und MHETase für die PET-Zersetzung in der natürlichen Entwicklung des Mikroorganismus entstanden? Die Antwort auf diese Frage wäre für die Grundlagenforschung sehr interessant. Denn der Kunststoff PET kommt erst seit etwa 70 Jahren in der Umwelt vor. Anscheinend hat sich Ideonella sakaiensis diese neue Substanz in seiner Umwelt schnell zu eigen gemacht. Offensichtlich ist diese Entdeckung der japanischen Arbeitsgruppe ein Beispiel für die rasante Anpassung eines Mikroorganismus.

Erinnerung an „Die Plastikfresser“

Wenn sich Ideonella sakaiensis so schnell an einen für ihn neuen Kunststoff anpassen kann, um ihn zu zersetzen, können sich vielleicht andere Bakterien anderen Kunststoffen zuwenden. Mich erinnert die Entdeckung an den 1971 erschienen Sciencefiction-Roman „Mutant 59: The plastic eater“ von Kit Pedler und Gerry Davis. Im Deutschen erschien er 1974 im Heyne Verlag unter dem Titel „Die Plastikfresser“. Der Roman beschreibt rätselhafte Unfälle durch technische Einrichtungen und Geräte, die zunächst in keinem Zusammenhang miteinander zu stehen scheinen. Schließlich kommt es in der Londoner Innenstadt zur Katastrophe und zahlreiche Menschen sterben. Die gemeinsame Ursache der Vorfälle wird entdeckt: mutierte Bakterien, die zur Vernichtung von Plastikabfällen vorgesehen waren, sind ins Abwassersystem und in Kabelschächte gelangt. Von dort aus verbreiten sie sich und zersetzen Kunststoffe zu einer schaumigen Masse. Die gesamte moderne Technik steht auf dem Spiel und damit die menschliche Zivilisation.

Wie heißt es im Klappentext des Buches? „Ein Science Fiction-Roman – der schon morgen furchtbare Wahrheit werden kann!“

Links

[ 1 ] Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi, Hironao Yamaji, Yasuhito Maeda, Kiyotsuna Toyohara, Kenji Miyamoto, Yoshiharu Kimura, Kohei Oda: A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate); Science 11 Mar 2016. Vol. 351, Issue 6278, pp. 1196-1199; DOI: 10.1126/science.aad6359
http://science.sciencemag.org/content/351/6278/1196

Uni Greifswald: Bahnbrechende Entdeckung des ersten kunststoffabbauenden Bakteriums
http://www.uni-greifswald.de/informieren/medieninformationen/medieninformationen-2016/1-quartal-2016/bahnbrechende-entdeckung-kunststoffabbauendes-bakterium.html

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