In einer Welt, in der jährlich rund 50 Millionen Tonnen Kunststoff produziert werden, gibt es hier eine Entdeckung, die im Kampf gegen die Umweltverschmutzung helfen könnte.

Im März 2016 isolierte ein Team von Wissenschaftlern des Kyoto Institute of Technology unter der Leitung von Shosuke Yoshida durch die Analyse von über 250 Proben aus einer PET-Flaschen-Recyclinganlage eine neue Bakterienart namens Ideonella sakaiensis, die Plastik „verschlingen“ kann es als Nahrungs- und Wachstumsquelle nutzen.

Dieses einzigartige Bakterium könnte der Menschheit im Kampf gegen die Umweltverschmutzung helfen, die durch die zunehmende Verwendung von Kunststoffen entsteht.

Polyethylenterephthalat oder Polyethylenterephthalat (PET) ist ein besonderes thermoplastisches Harz, das für den Lebensmittelkontakt geeignet ist und zur Polyesterfamilie gehört, einer Klasse von Kondensationspolymeren, die die funktionelle Estergruppe entlang der Kohlenstoffkette enthalten. Am bekanntesten ist PET-Polyester, bestehend aus Ethylenglykolalkohol (EG) und Terephthalsäure (TPA).

Tatsächlich ist es einer der am weitesten verbreiteten Kunststoffe der Welt. Jährlich werden rund 50 Millionen Tonnen davon produziert und in verschiedenen Branchen eingesetzt. Die Hauptverwendung betrifft die Herstellung von Behältern für Getränke (66 %) und Lebensmittel (8 %), aber auch für die Herstellung von Etiketten, Batteriegehäusen, Tuben und Folien.

Kunststoffe werden daher häufig in Verbraucherprodukten verwendet, doch viele dieser Produkte sind in der Umwelt bemerkenswert beständig: Aus chemischer Sicht handelt es sich um einen Kunststoff, der aufgrund der Abwesenheit oder geringen katabolischen enzymatischen Aktivität äußerst resistent gegen den biologischen Abbauprozess ist. Insbesondere Polyester mit einem hohen Anteil aromatischer Bestandteile sind, genau wie PET, chemisch inert.

Der enzymatische Abbau von PET ist auf wenige Pilzarten beschränkt, sodass der biologische Abbau bislang noch keine praktikable Lösung darstellt.

In den letzten 40 Jahren ist der Einsatz von Kunststoffen und seinen Derivaten weltweit immer häufiger und verbreiteter geworden und stellt sogar den überwiegenden Produktanteil der im Meer gefundenen Abfälle dar: Wir sprechen hier von Anteilen von 60 bis 80 % der Gesamtmenge Spitzenwerte erreichen in einigen Regionen 90-95 %.1

Dieser Abfall stellt für verschiedene Tierarten eine äußerst schädliche Präsenz dar: Mikroplastik (Mikroplastikpartikel) wird tatsächlich leicht vom Plankton aufgenommen und breitet sich dann auf den Rest des Ökosystems aus. Darüber hinaus täuscht der Geruch von Plastik die Meerestiere selbst, die dieses Material zu sich nehmen, in dem Glauben, es sei für sie essbare Nahrung.

Erschwerend kommt hinzu, dass sich die meisten Kunststoffmaterialien nie vollständig zersetzen, wie dies bei organischem Material der Fall ist, das nach der Zersetzung in seine Grundverbindungen zurückkehrt.

Leider ist Italien ein Land, das diesem Problem doppelt ausgesetzt ist: Es ist tatsächlich das erste europäische Land, in dem Einweg-Plastiktüten verbraucht werden, und liegt auf drei Seiten am Mittelmeer, das wie die anderen Meere des Planeten von Plastikverschmutzung betroffen ist.

Die Entdeckung von Ideonella sakaiensis 201-F6, allgemein bekannt als „plastikfressendes Bakterium“, das zur Familie der Betaprotobakterien Comamonadaceae gehört, sorgte daher für große Überraschung.

Wie alle Protobakterien weist es folgende Eigenschaften auf:

  • gramnegativ;
  • Aerobic;
  • nicht sporenbildend;
  • stabförmig;
  • Die meisten seiner Arten sind aufgrund des Vorhandenseins eines Polarflagellums beweglich.
  • Oxidase- und Katalase-positiv;
  • kann in einem pH-Bereich zwischen 5,5 und 9,0 wachsen (optimal bei 7-7,5);
  • kann in einem Temperaturbereich zwischen 15° und 42°C wachsen (optimal bei 30-37°C).

Überraschend ist die Tatsache, dass dieses Bakterium im Gegensatz zu seinen Artgenossen in der Lage ist, eine dünne PET-Folie fast vollständig abzubauen und sie als primäre Kohlenstoffquelle für sein Wachstum zu nutzen.

Leider bleibt der Prozess recht langsam: Der vollständige Abbau eines kleinen PET-Partikels dauert bei einer Temperatur von 30° etwa sechs Wochen.

Dennoch könnte die Entdeckung sehr wichtige Auswirkungen auf das Recycling von Kunststoffen sowie auf die Erforschung der Prinzipien der Enzymentwicklung haben.

Eine so schnelle Entwicklung der Abbaukapazität dieser Organismen ist möglich, da Mikroben die außergewöhnliche Fähigkeit haben, sich an ihre Umgebung anzupassen, was das ernste Umweltproblem der Umweltverschmutzung bestätigt. Das Bakterium brauchte mehr Zeit, um hochkristallisiertes PET, das in Flaschen verwendet wurde, zu „fressen“. Das bedeutet, dass die Enzyme und Prozesse verfeinert werden müssen, bevor sie für zukünftige, noch zu etablierende Anwendungen nützlich sein können.

Die Forschung geht natürlich weiter: Die Autoren der Studie wollen herausfinden, ob es möglich ist, das Bakterium zur Isolierung von Terephthalsäure und zur Wiederverwendung für die Herstellung von neuem Kunststoff zu nutzen, ohne dafür Erdöl zu verwenden.

Darüber hinaus zielen sie darauf ab, die Mechanismen der Plastikzersetzung vollständig zu verstehen, mit dem Ziel, gemeinsame Maßnahmen zur Säuberung von Ökosystemen, insbesondere von Meeresökosystemen, zu ergreifen.

Die naheliegendste Verwendung wäre dann die Verwendung als biologischer Wirkstoff in der Natur: Die Bakterien könnten auf schwimmende Müllhaufen in den Ozeanen gesprüht werden.

Allerdings sind sich nicht alle über die Wirksamkeit dieses Verfahrens einig, da durch die Zerkleinerung von Kunststoff Zusatzstoffe in die Umwelt gelangen könnten, die sich als hochgiftig erweisen können.

1 Von UNEP (Umweltprogramm der Vereinten Nationen) erhobene Daten