Plastik ist nicht biologisch abbaubar. Das ist der große Vorteil der synthetischen Kunststoffe: Sie schimmeln nicht. Allerdings wird diese erwünschte Eigenschaft heute auch mehr und mehr zum Problem, denn es gibt auf diesem Planeten kaum einen Ort, an dem man kein Plastik findet. Im Zweifelsfall tragen wir den Kunststoff irgendwo am Körper. Am Ende seiner Lebensdauer landet ein großer Teil der synthetischen Polymere in der Umwelt und bleibt dort – nicht biologisch abbaubar – bis auf Weiteres erhalten.

Diesem Zustand suchen Forscher seit geraumer Zeit abzuhelfen, indem sie gezielt nach den spezialisierten Organismen suchen, die Kunststoffe eben doch abbauen können. Denn, so der Grundgedanke, wenn das Zeug überall herumliegt, gibt es bestimmt auch irgendwelche Organismen, die gelernt haben, es zu essen.

PET-Flaschen bald kompostierbar?

Der neueste Fund aus dieser Strategie ist ein Bakterium mit dem vorläufigen Namen Ideonella sakaiensis, das den Kunststoff Polyethylenterephthalat abbaut, den wir vor allem in Form von PET-Flaschen kennen. Eine japanische Arbeitsgruppe unter der Leitung von Kohai Oda vom Kyoto Institute of Technology untersuchte dazu 250 mit PET-Resten kontaminierte Umweltproben – in einer davon, Nummer 46, wurde das japanische Team fündig: Dort lebte tatsächlich eine Bakteriengemeinschaft, die Löcher in den Kunststoff frisst – und Ideonella produziert die beiden Enzyme, die PET in seine ungefährlichen Bestandteile zerlegen.

Problem gelöst? Leider nicht. Kunststoffe sind zu hartnäckig für einfache Lösungen. Ideonella ist nur der neueste Organismus in einer ganzen Sammlung von Lebewesen, die künstliche Stoffe in der Umwelt verdauen können. Doch während die Biologie und die enzymatische Ausstattung dieser Plastik fressenden Sonderlinge sich als hochspannend erweist, sind sie alle weit davon entfernt, die Umwelt von Plastikmüll zu befreien. Das gilt auch für Ideonella.

Das neue PET spaltende Enzym, die so genannte PETase, von Ideonella erwies sich als um ein Vielfaches aktiver als vergleichbare Enzyme aus Bakterien und Pilzen. Trotzdem braucht die Bakteriengemeinschaft auch unter optimalen Bedingungen und bei Temperaturen um 30 Grad Celsius etwa sechs Wochen, um ein kleines Stück Polyethylenterephthalat zu zersetzen. Ob diese Aktivität ausreicht, um tatsächlich große Mengen des Kunststoffs aus der Umwelt zu entfernen, darüber seien noch keine seriösen wissenschaftlichen Aussagen möglich, so Uwe Bornscheuer von der Universität Greifswald. Der Biochemiker hat sich im Vorfeld mit der Arbeit der japanischen Forscher auseinandergesetzt.

Nur ein seltener Zufall

Immerhin seien die beschriebenen Bedingungen in manchen Regionen der Welt von Natur aus gegeben, merkt er an. Doch eigentlich braucht man andere Mikroben, die zum Beispiel Salz und Kälte trotzen, um Mikroplastik in den Ozeanen zu zersetzen. "Ich hoffe, die Arbeit gibt hier neue Forschungsimpulse, um auch verstärkt in marinen Systemen nach solchen Mikroorganismen zu suchen."

Doch dass aus 250 Bodenproben lediglich eine einzige eine geeignete Bakteriengemeinschaft enthielt, verdeutlicht die Schwierigkeiten dieser Strategie. Die Entstehung des PET abbauenden Enzymsystems in dem Bakterium war möglicherweise ein seltener Zufall. Dafür spricht, dass sich das entscheidende Biomolekül selbst von verwandten Enzymen drastisch unterscheidet – es ist nur zu 51 Prozent identisch mit einer Hydrolase aus dem Bakterium Thermobifida.

Plastikmüll am Strand
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(Ausschnitt)
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Nur ein kleiner Teil des Plastiks wird weltweit recycelt – der größte Teil gelangt in die Umwelt, unter anderem in die Ozeane.

Auch das gesamte Enzymsystem scheint sehr ungewöhnlich zu sein. Das Team um Kohai Oda suchte in anderen Organismen nach einem kompletten Satz homologer Varianten der vier für den Abbauweg wichtigen Enzyme, fanden aber nur drei, die das entstehende Abbauprodukt des Kunststoffs weiter verstoffwechseln. Ihre Kombination mit einer Esterase wie der PETase scheint neu und ohne Vorläufer zu sein.

Recycling im Bioreaktor

Vermutlich, schätzt Bornscheuer, wird man der Natur deshalb ein wenig nachhelfen müssen. Entweder optimiert man das Bakterium und seine Enzyme, oder man transferiert das ganze System in einen schneller wachsenden Mikroorganismus – eine Strategie, die man als Metabolic Engineering bezeichnet. Doch auch dieser Ansatz wird das Problem des Plastiks in der Umwelt nicht lösen: "Solche Stämme wären dann allerdings genetisch verändert und eine Freisetzung in der Natur doch sehr unwahrscheinlich", schließt der Greifswalder Wissenschaftler seine Ausführungen.

Dennoch sind der Organismus und die beteiligten Enzyme interessant, denn sie setzen die chemischen Bausteine des Kunststoffs wieder frei. Aus diesen so genannten Monomeren hergestelltes Recyclingplastik ist chemisch und physikalisch von neuem Kunststoff nicht zu unterscheiden – im Gegensatz zu heutigem Recyclingkunststoff, aus dem meist nur Produkte niedrigerer Qualität hergestellt werden können. In einem geschlossenen Recyclingwerk wären gentechnisch optimierte Bakterien auch kein Problem. Allerdings wandern kaum 15 Prozent des weltweit produzierten Kunststoffs überhaupt ins Recycling.