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Plastikmüll-Abbau Forscher verbessern zufällig ein plastikfressendes Enzym

2016 entdeckten japanische Forscher ein plastikfressendes Bakterium. Eine Sensation! Wissenschaftler aus den USA und Großbritannien nahmen sich das Bakterium vor und untersuchten seine Funktionsweise. Durch Zufall bauten sie dabei eins seiner Werkzeuge, ein Enzym, neu und machten es effektiver.

Stand: 18.04.2018

Recycling von PET-Flaschen, Kunststoff | Bild: picture-alliance/dpa

Das Bakterium Ideonella sakaisensis 201-F6 zersetzt Plastik mithilfe eines Enzyms, der sogenannten PETase. Eigentlich wollten Forscher aus den USA und Großbritannien das Enzym nur untersuchen und erschufen es dabei neu. Wie sich zeigte, arbeitet das veränderte Enzym noch effektiver als die natürliche PETase. Motiviert durch die unerwartete Entdeckung hoffen Forscher von der Universität Portsmouth und vom Labor für erneuerbare Energien des US-Energieministeriums nun, das Enzym noch weiter zu verbessern und veröffentlichten ihre Forschung im Fachmagazin "Proceedings of the American Academy of Sciences" (PNAS). Bisher arbeitet die PETase von Ideonella sakaisensis 201-F6 nämlich noch recht langsam, was das Plastikmüllproblem der Welt nicht lösen wird.

Entdeckung von Ideonella sakaisensis 201-F6

Ideonella sakaisensis 201-F6 kann Kunststoff abbauen. Japanische Forscher vom Kyoto Institute of Technology haben es entdeckt, als sie an einer Recycling-Anlage für PET-Flaschen 250 Umweltproben von Sedimenten, Abwasser und Aktivschlamm nahmen, wie sie 2016 im Fachmagazin Science berichten. Als sie die Proben im Labor untersuchten, fanden sie in einer Sedimentprobe die Bakterien, die einen dünnen PET-Film zersetzen können. Bisher waren nach Angaben der Forscher nur Pilze bekannt, die diese Fähigkeit besaßen.

Abbau dauert mehr als ein Jahr

Untersuchungen zeigten, dass das Bakterium nicht nur in Flüssigkeit zu finden war, sondern auch direkt an Kunststoff. Die Bakterienzellen waren über kleine Anhänge miteinander verbunden und hafteten damit auch an der Oberfläche des Kunststoff-Films. Nach 60 Wochen, also mehr als einem Jahr, und bei 30 Grad Celsius hatten die Bakterien den Film vollständig aufgefuttert.

Vorarbeit japanischer Forscher

Die Forscher vom Kyoto Institute of Technology untersuchten das neue entdeckte Bakterium und identifizierten zwei Enzyme, die den Abbau betreiben: Das Enzym ISF6_4831 wandelt PET in ein Zwischenprodukt um. Das zweite Enzym ISF6_0224 baut dieses Zwischenprodukt weiter um. Am Ende bleiben Terephthalsäure und Glykol übrig, die beide ungiftig für die Umwelt seien, so der Leiter des Studie, Shosuke Yoshida.

Beide Enzyme waren bisher unbekannt und ähneln bisher bekannten kaum. Die Gene für die Bildung der Enzyme werden vermehrt, sobald die Bakterien mit PET in Kontakt kommen. Das deute daraufhin, dass ihre Hauptaufgabe im Abbau des Kunststoffs bestehe. So stellt sich den Forschern die Frage, ob die Enzyme erst in den etwa 70 Jahren seit Nutzung der PET-Kunststoffe entstanden seien.

PET = Polyethylenterephtalat

Jährlich werden weltweit etwa 300 Millionen Tonnen Kunststoff produziert. 56 Millionen davon waren 2013 Polyethylenterephtalat- – kurz PET-Kunststoffe. Aus dem thermoplastischen Kunststoff aus der Familie der Polyester werden vielfältige Produkte hergestellt: Flaschen, Folien, Lebensmittelverpackungen aber auch Industriegarne wie Diolen und Trevira oder Filmmaterial, wie es im Kino verwendet wird.

Als Textilfaser (Polyester) ist PET wegen verschiedener nützlicher Eigenschaften beliebt: Es ist knitterfrei, reißfest, witterungsbeständig und nimmt nur sehr wenig Wasser auf. Daher wird PET als Stoff für Sportkleidung genutzt, die schnell trocknen muss. In seiner absolut farblosen und lichtdurchlässigen Form wird PET auch gern in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Daneben wird es auch für Gefäßprothesen genutzt.

Nachteil der PET-Kunststoffe: Nur ein geringer Teil davon wird recycelt. Riesige Mengen davon landen in der Umwelt, wo sie nach Angaben des Umweltbundesamtes (UBA) erst in rund 450 Jahren völlig zersetzen. Dabei werden die Kunststoffe im Laufe der Zeit in immer kleinere Partikel zerrieben, die ebenfalls zahlreiche Risiken mitbringen. So werden sie von Fischen oder anderen Tieren mit der Nahrung aufgenommen und in der Nahrungskette angereichert – bis sie am Ende auch beim und im Menschen landen.

Langsamer Abbauprozess, aber für PET-Recycling interessant

Zur Entdeckung des plastikfressenden Bakteriums, die im Fachmagazin "Science" im März 2016 veröffentlicht wurde, hat Uwe Bornschauer von der Universität Greifswald im selben Magazin angemerkt, dass der Abbauprozess relativ langsam sei. Hinsichtlich des PET-Recyclings sei die Entdeckung jedoch durchaus interessant.

"Wenn die Terephthalsäure isoliert und wiederverwertet werden könnte, würde das erhebliche Einsparungen bedeuten bei der Produktion neuer Polymere ohne erdölbasierte Ausgangsmaterialien."

Uwe Borschauer, Universität Greifswald in 'Science'

Darüber hinaus, so Bornschauer könnten die Bakterien dazu eingesetzt werden, um unliebsamen Kunststoff aus der Umwelt zu entfernen.