Robert Klatt
Plastikmüll wird biologisch nur sehr langsam abgebaut. In China wurden nun plastikfressende Bakterien und Pilze entdeckt, die dabei helfen könnten, das globale Müllproblem zu lösen.
Guangzhou (China). Daten der Vereinten Nationen (EU) zeigen, dass die Menschen etwa 400 Millionen Tonnen Plastikmüll jährlich produziert. Laut der Statistikbehörde Eurostat ist die Pro-Kopf-Menge in Deutschland überdurchschnittlich hoch. Trotzdem wird nur ein kleiner Teil (16 %) des Plastikmülls in Deutschland recycelt. Problematisch daran ist vor allem, dass der aus Erdölpolymeren bestehende Plastikmüll in der Umwelt kaum biologisch abgebaut wird. Helfen könnten hier plastikabbauende Pilz- und Bakterienarten, von denen die Wissenschaft inzwischen etwa 400 entdeckt hat.
Forscher der Sun Yat-sen University (SYSU) in einem UNESCO geschützte Feuchtbiotop in Ostchina, das Küstenwatten und Salzwiesen umfasst, an drei auffallend kontaminierten Punkten insgesamt 50 Proben von Kunststoffabfällen gesammelt. Diese umfassten eine Reihe verschiedener Plastikarten, darunter Polyurethan (PU), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyvinylchlorid (PVC).
Laut ihrer Publikation im Journal of Hazardous Materials bestimmten die Forscher mit dem DNA-Metabarcoding, ein Verfahren zur Identifizierung von Organismen anhand ihrer einzigartigen genetischen Sequenzen, welche Mikroorganismen in den Müllproben leben. Nach der Identifizierung der Mikroben führten sie weitere Analysen durch, um zu ermitteln, ob diese Pilze und Bakterien die Fähigkeit besitzen, die verschiedenen Kunststoffe abzubauen.
Die Untersuchung führte zu einer erstaunlichen Entdeckung: Eine beachtliche Anzahl von 184 verschiedenen Pilzarten und 55 Bakterienstämmen hatten die Plastikproben kolonisiert und dort eine eigenständige Plastisphäre, ein auf Plastik basierendes Ökosystem, erschaffen. Laut Xuesong Li waren die Wissenschaftler angesichts der Vielfalt an Mikroorganismen auf den Proben zunächst verblüfft.
„Anfangs hatten wir Bedenken, dass wir mit einer einzigen Probenahme nicht genügend Daten sammeln könnten, aber die bisherigen Ergebnisse waren überwältigend und wir mussten uns zurückhalten, nicht noch mehr Kulturen zu isolieren, um ihre Eigenschaften zu untersuchen.“
Erste Untersuchungen haben ergeben, dass alle in den Proben identifizierten Mikroorganismen in der Lage sind, Polycaprolacton (PCL) zu zersetzen. PCL ist ein auf Erdölbasis hergestellter, biologisch abbaubarer Polyester, der oft in der Produktion verschiedener Polyurethane genutzt wird. Letztere sind in einer Vielzahl alltäglicher Gegenstände zu finden, darunter Kühlschränke, Sportschuhe oder Isoliermaterialien für Gebäude.
Zudem wurden Pilzarten aus 14 unterschiedlichem Gattungen entdeckt, einschließlich Alternaria, einer global verteilten Schimmelpilzgruppe. Die Forscher konnten überdies die landwirtschaftlichen Schädlinge Fusarium und Neocosmospora nachweisen. Diese gewöhnlich parasitären Organismen, die ihre Nährstoffe normalerweise aus Pflanzen extrahieren, scheinen in der Lage zu sein, sich erfolgreich von PCL-basierten Kunststoffen zu ernähren. Interessanterweise tun sie dies sogar effektiver als jene Pilze, die sich traditionell von den Überresten toter Pflanzen und Tieren ernähren, wie die Untersuchungen des Teams ergeben haben.
Es ist bekannt, dass einige Pilze im Laufe der Evolution spezielle Enzyme entwickelt haben, die sie befähigen, komplexe organische Moleküle wie Zellulose, Kohlenhydrate oder Proteine aufzuspalten, um Kohlenstoff zu gewinnen. Diese speziellen Fähigkeiten scheinen sich nun bei der Zersetzung von Kunststoffen als nützlich zu erweisen, da diese ebenfalls als Kohlenstoffquelle dienen.
Zusätzlich zu den Pilzen aus Dafeng hat das Forschungsteam zwei Gattungen von Bakterien als potenzielle Akteure im Prozess der Kunststoffzersetzung erkannt: Streptomyces und Jonesia. Streptomyces sind bekannt als bedeutende Hersteller von Antibiotika, während Jonesia erst kürzlich entdeckt wurde. In beiden Gattungen konnten Stämme identifiziert werden, die anscheinend in der Lage sind, neben PCL auch andere erdölbasierte Polymere abzubauen. Bemerkenswert ist, dass die Spezies Jonesia quinghaiensis unter den 55 auf den Kunststoffproben gefundenen Bakterienstämmen hervorstach.
Feng Cai betont, dass das Wissen über mikrobielle Gemeinschaften, die mit Kunststoff in Verbindung stehen, derzeit noch sehr grundlegend ist. Trotzdem sind die Wissenschaftler zuversichtlich, dass ihre aktuelle Forschung bedeutende Erkenntnisse in diesem Bereich liefern wird.
„Wir haben kaum an der Oberfläche gekratzt und bereits eine Fülle von potenziell vielversprechenden Ressourcen für zukünftige Technologien entdeckt.“
Journal of Hazardous Materials, doi: 10.1016/j.jhazmat.2023.131399
