15 Mrz 2016

Bakterien gegen Mikroplastik – Bioabbau von PET bald möglich?

Der Abbau von Plastikmüll in der Natur, insbesondere PET, geht nur langsam vonstatten. Ein neues, nun gefundenes Bakterium kann beim Bioabbau Abhilfe schaffen

15 Mrz 2016

Der Müllberg – oder auch die „Müllinseln“ – auf und in unseren Gewässern und Ozeanen wird immer bedrohlicher. Mit dem „unkaputtbaren“ Plastikmüll, v.a. aus PET (Polyethylenterephthalat), haben wir uns ein weit in die Zukunft reichendes Umweltproblem geschaffen.

Bioabbaubare Kunststoffe – eine gute Zukunftslösung

bioabbaubarer Kunststoff: Mulchfolie aus PLA

Foto: Wikipedia / CC 3.0 (F. Kesselring, FKuR Willich)

Ein Ausweg, um die Müllberge aus in der Umwelt nahezu unzerstörbarem Plastik zu verkleinern, besteht im verbreiteten Einsatz von bioabbaubaren Kunststoffen. Hier haben Forschung und Entwicklung in den letzten Jahren erstaunliche Fortschritte gebracht. Das macht Hoffnung, dass wir Zukunft vermehrt Verpackungsmaterialien, Werkstoffe u.a. aus solchen Materialien finden und einsetzen können, so dass wir auf diesem Wege die Müllberge aus Plastik zumindest nicht mehr vergrößern. Bei aller Euphorie gibt es jedoch, v.a. was den Bioabbau in maritimen Systemen angeht, noch einige grundsätzliche Probleme (z.B. die niedrige Temperatur im Meer); so dauert der Abbau einer PET-Flasche in der Umwelt nach Schätzungen des Umweltbundesamtes (UBA) bis zu etwa 450 Jahre.

Doch was tun mit dem vielen Plastikmüll (und daraus entstandenem Mikroplastik) aus der Vergangenheit, der bereits in der Umwelt, im Meer und auf Deponien lagert? Hier scheint sich eine überraschend positive Lösung zu entwickeln.

Bioabbau von Plastikmüll aus PET bisher nicht gelungen

Bisher scheiterten nahezu alle Versuche, einen der Hauptbestandteile dieses Müllproblems aus Plastik in der Natur, also „biologisch“, abzubauen: das PET (Polyethylenterephthalat), aus dem nahezu alle für die Verpackung und Aufbewahrung von Getränken gefertigten Flaschen hergestellt werden. Dabei sollte dieser Polyester eigentlich beste Voraussetzungen für einen Abbau bieten; so ist das chemische Recycling gebrauchter PET-Getränkeflaschen schon lange gängige Praxis. Dabei wird das PET mit Natronlauge in der Hitze aufgespalten, die beiden Ausgangsstoffe Terephthalsäure und Ethylendiglykol werden in hoher Ausbeute zurückgewonnen und können als Rohstoffe mit bekannten Verfahren gereinigt und wieder in den PET-Kreislauf eingebracht werden.

PET Abfallflaschen, verpresst

Foto: flickr.com / CC 2.0 (Martin Abegglen)

Doch mit biologischen Verfahren konnte man diesem „Allerwelt-Kunststoff“ bisher nicht beikommen. Nun haben offenbar japanische Wissenschaftler ein Bakterium entdeckt, das den Kunststoff PET zersetzen kann. Bislang seien nur wenige Pilze, aber keine Bakterien bekannt gewesen, die Plastik abbauen, teilen die japanischen Forscher im Fachblatt „Science“ mit. Das nun entdeckte Bakterium „Ideonella sakaiensis 201-F6“ enthält zwei Enzyme, mit dessen Hilfe es den weit verbreiteten Kunststoff PET (Polyethylenterephthalat) chemisch zerlegen kann. Damit könnte dieses Bakterium bei der Sanierung PET-belasteter Gewässer und der Aufbereitung von bereits entstandenen Müllbergen sehr hilfreich sein.

PET-Abfälle in der Natur nahezu „unkaputtbar“

plastiktüten, im meer schwimmend

Foto: flickr.com / CC 2.0 (dronepicr)

Die Dimension des Problems kann man ungefähr ermessen, wenn man sich klar macht, welche Mengen des gängigen und in vielen Anwendungen gebräuchlichen Verpackungs-Kunststoffs PET wir weltweit jährlich herstellen und verwenden: im Jahr 2013 wurden ca. 56 Mio Tonnen PET produziert. Obwohl bereits ein großer Teil davon recycelt wird (im Wesentlichen in Form des „Downcycling“ zu PET-Fasern für Billig-Vlies-Produkte), landet der größte Teil nach wie vor im Müll.

Wie so häufig bei solchen Entdeckungen – ein Zufallsfund: im Sediment einer Recycling-Anlage für PET-Flaschen wurden die Wissenschaftler fündig. An einer Vielzahl von Proben prüften sie das Abbauverhalten von Bakterien, die sie in den Sedimenten nachweisen konnten – und konnten dabei erfolgreich ein Bakterium identifizieren, das den dünnen PET-Film nach 60 Wochen bei 30 Grad Celsius vollständig abgebaut hatte. Nach der Isolation und genauem Studium fanden sie heraus, dass das Bakterium nicht nur in der Flüssigkeit zu finden war, sondern auch direkt auf und an dem Kunststoff. Weitergehende Untersuchungen führten schließlich zu der Isolation von Enzymen, die die Esterspaltung des PET in Terephthalsäure und Ethylendiglykol auslösten.

Bakterienstamm für Abbau von PET gefunden

Obgleich der Abbauprozess sehr langsam vonstatten geht, ist das Ergebnis ermutigend, denn damit ist zum ersten Mal ein Bioabbau eines künstlich hergestellten, in der Natur nicht vorkommenden Kunststoffs gelungen.

Bakterien auf natürlichem Zeolith

Foto: Wikipedia / CC 4.0 (Stefan Weiss)

Interessant ist in diesem Zusammenhang die Beobachtung, dass die Bakterien beim Kontakt mit dem Kunststoff die  Herstellung der beiden Enzyme noch verstärkten – offenbar ist der Abbau des Kunststoffs eine Art Hauptaufgabe des Bakteriums. Nun versuchen die Forscher herauszufinden, ob die gefundenen Enzyme, die bekannten Enzymen mit vergleichbaren esterspaltenden Eigenschaften kaum ähneln, erst in den Jahren seit Entwicklung, Herstellung und Nutzung der PET-Kunststoffe in den 1940er Jahren entstanden sind. Das wäre dann ein Beispiel für eine rel. schnelle natürliche Evolution, von denen bisher nur einige wenige Fälle bekannt sind.

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Blog-Beiträge Dr. Matthias Brück

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