Daniel Moog mit einer der Kulturen, die an der Marburger Universität angelegt wurden. Die Forscher verwenden Algen, um den "Plastikzersetzer" PETase herzustellen. Foto: gäd
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Daniel Moog mit einer der Kulturen, die an der Marburger Universität angelegt wurden. Die Forscher verwenden Algen, um den "Plastikzersetzer" PETase herzustellen. Foto: gäd

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Mit Algen gegen Plastikmüll

  • vonGerd Chmeliczek
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Die Vermüllung der Weltmeere ist ein Problem, mit dem sich zahlreiche Wissenschaftler beschäftigen. In Marburg haben junge Forscher nun mit einem vielversprechenden Ansatz von sich Reden gemacht. Vereinfacht gesagt: Eine Alge soll sich durch das Plastik futtern. Der Weg da hin ist zwar noch weit, doch ein Anfang ist gemacht.

Plastikmüll wird ein immer größeres Prob-lem", sagt Dr. Daniel Moog. Er leitet die Nachwuchsgruppe im Fachgebiet Zellbiologie der Philipps-Universität in Marburg. Große Mengen würden unsachgemäß entsorgt und landeten in der Natur, respektive in den Ozeanen. Perfekt wäre es daher, wenn es Organismen geben würde, die den Müll auf natürliche Weise abbauten, erklärt der Wissenschaftler den Hintergrund der Forschungen. "Seit einigen Jahren kennen wir Mikroorganismen, die das wirklich können." 2016 wurde das Bakterium "Ideonella sakaiensis" auf einer Recyclinganlage für PET-Flaschen in Japan entdeckt. Dieses Bakterium wiederum gibt ein Enzym ab, das den Kunststoff PET (Polyethylenterephthalat) in seine Bestandteile zerlegen kann. Die Spaltprodukte können dann von dem Bakterium aufgenommen und in den Stoffwechsel integriert werden.

Und genau hier kommen die Forscher aus Marburg ins Spiel: Denn wie bei so manchen vielversprechenden Entdeckungen, gibt es auch hier einen Haken: Das Bakterium ist nicht gerade ein Salzwasser-Fan und daher für den Einsatz in den Weltmeeren wenig hilfreich. Die Marburger Forscher nahmen daher eine Meeres-Kieselalge als Vehikel und bauten ihr eine maßgeschneiderte Version des Bakteriengens ein, das die Anleitung für das Enzym enthält - den Plastikzersetzer PETase.

Löcher, Furchen und Krater

Unter dem Rasterelektronenmikroskop konnten die Marburger Forscher dann Abbauspuren im Plastik sehen - Löcher in der Oberfläche, Furchen und Krater. Gemeinsam mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie analysierte man, dass das Enzym tut, was es soll: PET in zwei Spaltprodukte abzubauen, also im Prinzip in die Stoffe, die zur Herstellung von Plastikflaschen oder anderen PET-Produkten benötigt werden. "Theoretisch kann man mit dem Enzym biologisches Recycling betreiben", erklärt Moog.

Auch hier wartet allerdings ein Haken: Die Effizienz des Enzyms. Denn es würde mehrere Monate dauern, mit der "Marburger Methode" eine Plastikflasche abzubauen. Das Problem ist schlicht die Temperatur: Das Enzym arbeitet am besten bei rund 30 Grad Celsius, für den Abbau von PET wäre allerdings eine Temperatur von 70 bis 75 Grad optimal. Dann wird das Plastik weich und für Enzyme leichter zugänglich. Limitierender Faktor ist zudem ist Kieselalge (Phaeodactylum tricornutum), Denn die wächst wiederum am besten bei gemäßigten 21 bis 26 Grad Wassertemperatur.

Ein kniffliges Puzzle also für die Marburger Forscher, die nun daran arbeiten, das System zu optimieren. "Grundsätzlich wollten wir erforschen, ob es theoretisch überhaupt funktioniert. Und das tut es", sagt Moog über den ersten Schritt, über die Grundlagenforschung. Einsatzziel für die modifizierte Alge ist Mikroplastik, also Stücke, die kleiner als fünf Millimeter sind. An denen kann das Enzym besser ansetzen. Grüne Teppiche auf dem Wasser muss man sich übrigens nicht vorstellen. Bei den Algen handelt es sich um Einzeller.

Eine Anwendung für die ferne Zukunft sehen die Forscher beispielsweise an Stellen, an denen das Wasser stark mit Mikroplastik belastet ist. Dort könne man in Küstennähe eine Art Kläranlage installieren. Da man es bei der Alge mit einem gentechnisch veränderten Organismus zu tun hat, "den wir auf keinen Fall in die Umwelt entlassen wollen", müsste darüber hinaus gesichert sein, dass es sich um ein geschlossenes Säuberungssystem handelt.

Eine andere Möglichkeit des biotechnologischen Einsatzes sind Verbundstoffe. Vereinfacht gesagt: PET-Flaschen bestehen aus mehreren Komponenten - der Flasche an sich und dem Deckel. Beide aus verschiedenen Materialien. Lassen sich feste Bestandteile nicht ohne weiteres voneinander trennen, werde das ganze Produkt nicht recycelt, sondern verbrannt. "Wir können uns vorstellen, dass Enzyme die Möglichkeit eröffnen, solche Verbundstoffe voneinander zu trennen", erklärt der Forscher. In diesem simplen Beispiel: Die Flasche wird abgebaut, der Deckel bleibt zurück. Das Enzym ohne Alge ließe sich beispielsweise auch in Waschmittel "beimischen", um so Fasern, die sich von synthetischer Kleidung lösen, direkt im Waschgang zu neutralisieren.

Anwendungsmöglichkeiten sehen die Forscher also genügend. Allerdings in einem realistischen Rahmen. "Wir werden damit nicht den gesamten Plastikmüll der Meere auflösen können", sagt Moog. "Aber vielleicht können wir mit unserer Forschung einen Beitrag dazu leisten." Und daher arbeitet man in Marburg weiter daran, das Enzym "abzuhärten", um seine Aktivität zu steigern. Damit die Löcher, Furchen und Krater zügig größer werden.

Die Forschungsergebnisse aus Marburg wurden unlängst in der Fachzeitschrift "Microbial Cell Factories" veröffentlicht. Seit anderthalb Jahren wird an der Philipps-Universität an Algen, Enzymen und Mikroplastik gearbeitet, und zwar fachbereichsübergreifend. Maßgeblich an den Studien beteiligt waren auch Forscher aus dem Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg um Prof. Dr. Tobias J. Erb. Zur Nachwuchsgruppe von Dr. Daniel Moog gehört Johanna Schmitt, die ihre Abschlussarbeit über diese Forschung geschrieben hat. gäd

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