Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bahnbrechende Entdeckung des ersten kunststoffabbauenden Bakteriums

11.03.2016

Ein Forschungsteam aus Japan beschreibt in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift „Science“ (11. März 2016) den ersten bekannten Mikroorganismus, der in der Lage ist, den Kunststoff PET abzubauen und komplett stofflich zu verwerten (DOI: 10.1126/science.aad6359). Die Bedeutung dieser Entdeckung wurde von Prof. Dr. Uwe Bornscheuer (Universität Greifswald) in einem „Perspectives“-Beitrag, der gleichzeitig in Science erschien (DOI: 10.1126/science.aaf2853), als bahnbrechend gewürdigt und eingeordnet.

Jährlich werden über 300 Millionen Tonnen Kunststoff weltweit produziert, darunter etwa 50 Millionen Tonnen Polyethylenterephthalat, besser bekannt unter der Abkürzung PET. Hergestellt wird PET aus Erdöl. Diese Kunststoffart wird vor allem für Getränkeflaschen verwendet.


Wie Bakterien PET abbauen. Grafik: Uwe Bornscheuer

Nur ein geringer Anteil davon wird später tatsächlich recycelt. Besonders problematisch ist die sehr lange Haltbarkeit von Kunststoffmaterialien, die bislang bis auf wenige Spezialkunststoffe nicht biologisch abbaubar sind. Das führt auf Mülldeponien, aber vor allem in den Weltmeeren, zu einer erheblichen Umweltbelastung. Es bildet sich (durch mechanische Zerstörung) über die Jahre Mikroplastik, was wiederum sehr negative Auswirkungen auf verschiedenste Lebewesen hat.

Das japanische Forscherteam aus Kyoto, Yokohama und Yamaguchi hat nun in Proben aus einer Recyclingstation für PET-Flaschen ein bislang einzigartiges Bakterium (<i>Ideonella sakaiensis</i>) in einem Konsortium mehrerer Mikroorganismen identifiziert, das in der Lage ist, PET-Kunststoff zu „knacken“.

In umfangreichen Experimenten konnten sie zeigen, dass Ideonella sakaiensis sich an PET-Oberflächen anheften kann und zunächst ein hochspezifisches Enzym (PETase) ausschleust, das die chemischen Bindungen im Kunststoff aufbricht. Die Abbauprodukte werden dann vom Mikroorganismus aufgenom-men und von einem zweiten selektiven Enzym (MHETase) in der Zelle in die Monomere Ethylenglykol und Terephthalsäure gespalten. Diese Grundbaustoffe von PET können nun von Ideonella sakaiensis komplett verstoffwechselt werden und dienen folglich als alleinige Wachstumsquelle des Mikroorganismus.

„Die Entdeckung dieses besonderen Bakteriums ist aus mehreren Gründen bahnbrechend“, sagt Uwe Bornscheuer. „Bislang waren nur ganz wenige Enzyme bekannt, die überhaupt und auch nur eine sehr geringe Aktivität im Abbau von PET zeigen. Besonders wichtig für ein Aufbrechen des Polymers ist vor allem die Zugänglichkeit der 'glatten' Kunststoffoberfläche.

Hier scheint der Ideonella sakaiensis-Stamm besondere Mechanismen entwickelt zu haben, die das japanische Forscherteam aber noch nicht im Detail aufklären konnte.“ Prinzipiell könnte nun dieser Mikroorganismus genutzt werden, um den Kunststoff PET umweltfreundlich zu verwerten. Gleichzeitig wäre es aber nun bei Kenntnis der beteiligten Enzyme grundsätzlich möglich, Verfahren zu entwickeln, um das Monomer Terephthalsäure zu isolieren und für die Synthese von PET wieder einzusetzen.

„Dies würde ohne Zweifel eine erhebliche Umweltentlastung darstellen, da auf den Einsatz von Erdöl zur Herstellung dieses Kunststoffes verzichtet werden könnte“, schließt Professor Bornscheuer seine Einschätzungen ab.

Für die Grundlagenforschung wäre es sehr interessant herauszufinden, wie die beiden hochspezifischen Enzyme PETase und MHETase durch natürliche Evolution entstanden sind, da der Kunststoff PET erst seit ca. 70 Jahren in der Umwelt vorkommt. Folglich stand nur ein recht kurzer Zeitrahmen zur Anpassung des Bakteriums an dieses neue 'Substrat' zur Verfügung und offensichtlich ist diese Entdeckung der japanischen Arbeitsgruppe ein Beispiel für eine sehr rasante Evolution eines Mikroorganismus.

Ansprechpartner an der Universität Greifswald
Prof. Dr. Uwe Bornscheuer
Biotechnologie und Enzymkatalyse
Institut für Biochemie
Felix-Hausdorff-Straße 4, 17489 Greifswald
Telefon 03834 86-4367
uwe.bornscheuer@uni-greifswald.de

Weitere Informationen:

http://www.mnf.uni-greifswald.de/institute/institut-fuer-biochemie/biotechnologi... - Prof. Dr. Uwe Bornscheuer

Jan Meßerschmidt | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-greifswald.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sich vermehren oder sich nicht vermehren
22.03.2019 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt
22.03.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Zähmung der Lichtschraube

22.03.2019 | Physik Astronomie

Saarbrücker Forscher erleichtern durch Open Source-Software den Durchblick bei Massen-Sensordaten

22.03.2019 | HANNOVER MESSE

Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt

22.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics