Die Anhäufung von Plastikmüll bedroht Ökosysteme, die Tierwelt und sogar die menschliche Gesundheit, was die Suche nach innovativen Lösungen für eine effektive Zersetzung unverzichtbar macht. Ein jüngster Fortschritt chinesischer Forscher eröffnet einen vielversprechenden Weg mit der Entwicklung eines "lebenden" Kunststoffs, der sich kontrolliert abbauen kann und somit eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen bietet.
Forscher haben "lebende Kunststoffe" entwickelt, indem sie Sporen modifizierten, um die Lipase Burkholderia cepacia zu produzieren, was eine nahezu vollständige biologische Zersetzung von Polycaprolacton ermöglicht.
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Diese neue Technologie lässt sich von einer Entdeckung inspirieren, die 2016 in Japan gemacht wurde, als ein Bakterium namens
Ideonella sakaiensis in einem mit Polyethylenterephthalat (PET) kontaminierten Boden entdeckt wurde, einem Kunststofftyp, der häufig in Flaschen verwendet wird. Dieses Bakterium, das sich von Kunststoff ernähren kann, indem es spezifische Enzyme produziert, hat wachsendes Interesse an der Erforschung natürlicher Methoden zur Zersetzung synthetischer Polymere geweckt.
Wissenschaftler des Shenzhen Institute of Advanced Technology, unter der Leitung von Dai Zhuojun, haben aus dieser Entdeckung geschöpft, um ihre eigene Lösung zur Kunststoffzersetzung auf Basis bakterieller Sporen zu entwickeln.
Die vorgeschlagene Innovation beruht auf der Verwendung von Sporen des Bakteriums
Bacillus subtilis, die genetisch modifiziert wurden, um ein Kunststoff abbauendes Enzym, genannt Lipase BC, zu sezernieren. Diese Sporen werden in Kunststoffmatrizes während standardmäßiger Herstellungsprozesse wie Hochtemperaturextrusion oder Lösungsmittelauflösung eingebaut.
Unter normalen Bedingungen bleiben die Sporen inaktiv und gewährleisten die Stabilität des Materials während seiner täglichen Nutzung. Doch sobald der Kunststoff bestimmten Stimuli wie Oberflächenerosion oder Kompostierung ausgesetzt ist, werden die Sporen aktiviert und beginnen Enzyme zu produzieren, die den Beginn der Polymerzersetzung einleiten.
Um die Machbarkeit dieser Technologie im industriellen Maßstab zu testen, führten die Forscher Experimente mit Kunststoffen durch, die diese Sporen enthalten. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die "lebenden Kunststoffe" schnell zersetzen: Indem Enzyme die Oberfläche angreifen, beobachteten die Forscher einen vollständigen Abbau innerhalb von 6 bis 7 Tagen. Unter Kompostierungsbedingungen zerfallen die biologisch abbaubaren Kunststoffe in 25 bis 30 Tagen, was doppelt so schnell ist wie herkömmliche Kunststoffe.
Das Team erforschte auch die Anwendung dieser Technologie auf andere Kunststoffarten wie PBS, PBAT, PLA und sogar PET. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Sporen auch nach einer Behandlung bei hohen Temperaturen aktiv bleiben, was den Weg für eine potenzielle Anwendung auf einer breiten Palette von Polymeren ebnet. Diese Vielseitigkeit stellt einen erheblichen Vorteil für die Entwicklung neuer biologisch abbaubarer Materialien dar.
Trotz dieser Fortschritte bestehen weiterhin technische und logistische Herausforderungen für eine umfassende Einführung dieser Technologie. Die Akzeptanz durch die Industrie und die Verbraucher sowie die Bewertung der gänzlichen Umweltauswirkungen werden entscheidende Schritte sein. Dennoch stellen diese Forschungen einen bedeutenden Fortschritt auf dem Weg zur Schaffung nachhaltiger Materialien dar, die die ökologische Fußabdruck von Kunststoffen in unserem Alltag reduzieren können.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Nature Chemical Biology