Aus PET wird Nylon: Bakterien könnten unser Plastikproblem lösen

Mithilfe gezielt veränderter Bakterien lassen sich einer Studie zufolge bestimmte Plastikabfälle effizient in nützliche Chemikalien umwandeln. Mit zwei eigens entwickelten, gentechnisch veränderten Stämmen eines Bodenbakteriums könne der Kunststoff PET verwertet werden, berichtet die Forschungsgruppe um Ting Lu von der University of Illinois Urbana-Champaign in der Fachzeitschrift „Nature Communications“. Das zugrunde liegende Konzept sei potenziell auch bei anderen Arten von Kunststoffen anwendbar.

Kunststoffe upcyclen statt recyclen

„Die Plastikverschmutzung nimmt weltweit rapide zu und hat negative Auswirkungen auf die Umwelt, die Tierwelt und die menschliche Gesundheit“, schreiben die Studienautoren.

Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, sei die Verwertung von Kunststoffen mithilfe biotechnologisch veränderter Organismen, die den Kunststoff als Nahrungsquelle nehmen und für den Menschen verwertbare Produkte herstellen.

Allerdings sei diese Umwandlung sehr komplex, betonen die Forscher. Sie versuchten daher, den Prozess mit mehr als einem Bakterienstamm durchzuführen.

Die Plastikverschmutzung nimmt weltweit rapide zu und hat negative Auswirkungen auf die Umwelt, die Tierwelt und die menschliche Gesundheit.

Forschungsteam der University of Illinois Urbana-Champaign

Als Ausgangsprodukt nahmen Lu und Kollegen den Kunststoff Polyethylenterephthalat, kurz PET, der vor allem für Plastikflaschen, Folien und Textilfasern verwendet wird. Mit einem bekannten Verfahren in Wasser gelöst, zerfällt PET hauptsächlich in Terephthalsäure und Ethylenglycol.

Diese Substanzen sollten als Basis für ein sogenanntes Upcycling dienen. Anders als beim Recycling werden beim Upcycling höherwertige Stoffe erzeugt, die insbesondere für die chemische Industrie von Bedeutung sind. Plastikabfall wird dadurch zu einem Rohstoff für Chemikalien.

Die Wissenschaftler nahmen das stäbchenförmige Bodenbakterium Pseudomonas putida und veränderten es gentechnisch. Sie schufen einen Stamm, der sowohl Terephthalsäure als auch Ethylenglycol als Nahrungsquelle nutzen kann. Dann kreierten sie zwei weitere Stämme: einer spezialisiert auf die Verwendung von Terephthalsäure und einer auf die Nutzung von Ethylenglycol.

Der erste Stamm brauchte 132 Stunden, um eine bestimmte Menge eines Gemischs aus Terephthalsäure und Ethylenglycol vollständig aufzubrauchen. Die Gemeinschaft aus den beiden anderen Stämmen benötigte für dieselbe Menge nur 84 Stunden.

Die Forscher fanden heraus, dass der erste Stamm die beiden Zerfallsprodukte von PET nacheinander als Nahrungsquelle nutzt, während die Bakteriengemeinschaft beide Substanzen gleichzeitig abbaute. Noch deutlicher war der Unterschied, als es darum ging, sogenannte Polyhydroxyfettsäuren mit mittellangen Kohlenstoffketten in einer Fermentationsanlage zu erzeugen: Hier war der Ertrag der Bakteriengemeinschaft um 92 Prozent höher als der Ertrag des Einzelstamms.

Biokunststoffe und Nylon aus PET-Flaschen

Polyhydroxyfettsäuren sind natürliche Biopolymere, aus denen biologisch abbaubare Kunststoffe wie bestimmte Polyurethane hergestellt werden können. Diese werden beispielsweise als Schäume, Isolatoren und Beschichtungen verwendet.

Ein weiteres Produkt aus der Fermentationsanlage ist Muconsäure. Aus ihr wird Adipinsäure gewonnen, ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Nylon. Wenn die Forschung erfolgreich in einen industriellen Prozess überführt werden kann, können aus alten PET-Flaschen also Biokunststoffe und Nylon entstehen.

Die Forscher sind zudem überzeugt, dass sich der Prozess übertragen lässt: „Unsere Designer-Upcycling-Arbeitsgemeinschaften können an die Herstellung anderer Chemikalien angepasst werden, indem sie neue Biosynthesewege einführen.“