Bakterien, die Plastik zersetzen: Japanische Forscher haben diese ungewöhnlichen Mikroorganismen im Jahr 2016 tatsächlich gefunden. Seither forschen internationale Teams an den faszinierenden Stoffwechselprozessen dieser Bakterien. Sind sie die Lösung für das globale Problem der Plastikvermüllung?

Mikroskop im Labor
Durch genetische Veränderungen versucht die Wissenschaft, die Stoffwechselleistung von Bakterien zu erhöhen. © fernandozhiminaicela / www.pixabay.com

PET (Polyethylenterephthalat) zählt zu den weltweit am meisten verwendeten Kunststoffen. Dieser dient als Basis für Plastik, das unter anderem für die Produktion von Verpackungen, Spielzeug und Kleidung verwendet wird. PET wird aus Erdöl oder Erdgas gewonnen und hat sich aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit über die letzten Jahrzehnte zu einem beliebten Material in verschiedenen Einsatzgebieten entwickelt. Seine Langlebigkeit hat den Kunststoff jedoch auch zu einem globalen Umweltproblem werden lassen. Nur ein kleiner Anteil des Plastikmülls wird aktuell recycelt.

Daher liegt es nahe, dass Wissenschaftler auf der ganzen Welt nach Lösungen für dieses Problem suchen. 2016 vermeldeten japanische Forscher vom Kyoto Institute of Technology eine bahnbrechende Entdeckung: Im Sedimentschlamm einer Recycling-Anlage fand das Team um Shosuke Yoshida Bakterien, die sich von PET ernähren. Die Mikroorganismen mit dem Namen Ideonella sakaiensis 201-F6 besitzen zwei Enzyme, PETase und MHETase, die den Kunststoff in Terephthalsäure und Ethylenglykol umwandeln. Diese dienen den Bakterien als Energielieferant, können aber auch für die Neusynthese von PET genutzt werden.

Mehreren Arbeitsgruppen des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie gelang es zwei Jahre später, die Struktur der PETase zu entschlüsseln. Das Enzym ist für die erste Zerlegung des Kunststoffes in den kleineren Baustein MHET verantwortlich. Diese Bausteine werden durch das zweite Enzym MHETase schließlich in die Abbauprodukte Terephthalsäure und Ethylenglykol umgewandelt. 2019 wurde, zusammen mit der Universität Greifswald, auch die komplexere Struktur der MHETase entschlüsselt. Somit konnten die Wissenschaftler den Stoffwechselprozess der Ideonella sakaiensis 201-F6 endgültig nachvollziehen.

Leider verstoffwechseln die Bakterien das PET bei weitem noch nicht schnell genug, um einen Recyclinghof zu ersetzen. „Kunststoffe gibt es erst seit wenigen Jahrzehnten in diesem Ausmaß“, wird Biochemiker und Strukturbiologe Gert Weber von der gemeinsamen Forschungsgruppe Proteinkristallographie am Helmholtz-Zentrum und der Freien Universität Berlin in einer Pressemittelung zitiert. „Selbst Bakterien mit ihrer schnellen Generationenfolge und raschen Anpassungsfähigkeit schaffen es nicht in einer so kurzen Zeit, durch den evolutionären Prozess von Versuch und Irrtum eine perfekte Lösung zu entwickeln.“

Mit der genetischen Optimierung der Enzymleistung der PETase und MHETase erhoffen sich die Wissenschaftler, den Stoffwechselprozess der Bakterien so zu erhöhen, dass sie effektiv zum Recycling des anfallenden Plastiks aus PET genutzt werden können. Die Abbauprodukte Terephthalsäure und Ethylenglykol könnten anschließend erneut für die PET-Produktion eingesetzt werden, sodass kein Erdöl oder Erdgas mehr verbraucht werden muss. Dies wäre dann der erste nachhaltige und geschlossene Kunststoff-Recyclingkreislauf und somit vielleicht eine Lösung für den Umgang mit Plastikabfall.