Enzyme aus Rinderpansen können Plastik abbauen. Dies zeigt eine österreichische Studie.

In Europa gibt es immer mehr Plastikmüll. Fast 26 Millionen Tonnen Müll befinden sich mittlerweile in unserer Umwelt und in den Weltmeeren, davon etwa 15 Prozent Polyester. Die Auswirkungen von Plastik auf die Umwelt werden der Bevölkerung zunehmend bewusst. Dafür sorgen auch staatliche Verbote von Einwegplastik. Beides treibt Entwicklungen voran, um das Abfallproblem durch Recycling und Wiederverwendung von Kunststoff zu vermeiden.

Viele gängige Lösungen sind jedoch teuer, energieintensiv und durch den Einsatz giftiger oder chemischer Stoffe wenig nachhaltig. Außerdem sind diese Technologien beispielsweise nicht in der Lage, Plastik aus gemischten Abfallströmen abzubauen.

Plastik ist schwer abbaubar. In vielerlei Hinsicht ähnelt seine Struktur jedoch der von natürlichen Polyestern wie Cutin – einem Hauptbestandteil von Pflanzenzellen. Cutin findet sich beispielsweise in Komposthaufen, wo es von natürlichen Enzymen abgebaut wird. Diese Beobachtung veranlasste ein Forschungsteam um Doris Ribitsch vom Austrian Center of Industrial Biotechnology (acib) und vom Institut für Umweltbiologie der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) dazu, an anderen Stellen nach solchen Enzymen zu suchen, z Gut.

Da das Futter von Rindern natürliche Pflanzenpolyester enthält, die im Pansen der Tiere durch die Pansenflüssigkeit abgebaut und verdaut werden, haben die Forscher die mikrobielle Zusammensetzung der Pansenflüssigkeit genauer unter die Lupe genommen – und sind fündig geworden. 

Das Wissenschaftlerteam untersuchte drei Arten von Polyestern: Einer, allgemein bekannt als PET, ist ein synthetisches Polymer, das häufig in Textilien und Verpackungen verwendet wird. Die anderen beiden waren ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der häufig in kompostierbaren Plastiktüten (PBAT) verwendet wird, und ein biobasiertes Material aus nachwachsenden Rohstoffen.

Die zu untersuchenden Mikroorganismen erhielten sie aus Pansenflüssigkeit in einem österreichischen Schlachthof. Anschließend brachten die Forscher diese Flüssigkeit mit den drei getesteten Kunststoffarten in Kontakt, um festzustellen, wie effektiv der Kunststoff abgebaut werden kann.

Die Ergebnisse, die kürzlich in der Fachzeitschrift Frontiers in Bioengineering and Biotechnology veröffentlicht wurden, zeigen, dass alle drei Kunststoffe von den in Kuhmägen vorkommenden Mikroorganismen abgebaut werden können.

Im Vergleich zu ähnlichen Untersuchungen, bei denen meist einzelne Mikroorganismen untersucht wurden, stellten Ribitsch und ihre Kollegen fest, dass die Pansenflüssigkeit wirksamer war. Dies könnte darauf hindeuten, dass die mikrobielle Gemeinschaft einen synergistischen Vorteil hat.

„In der Natur werden komplexe Moleküle wie Lignin, ein Bestandteil des Holzes, durch Enzymkaskaden abgebaut, ein Zusammenwirken mehrerer Mikroorganismen. Wir gehen davon aus, dass auch mehrere aus dem Rinderpansen isolierte Enzyme zusammenarbeiten müssen, um die Gesamtheit zu gewährleisten Abbau von Polyester", erklärt Projektleiterin Doris Ribitsch.  

Die Forschungsarbeiten wurden bisher im Labormaßstab durchgeführt. „Aufgrund der großen Pansenmengen, die täglich in Schlachthöfen anfallen, wäre ein Upscaling gut vorstellbar“, sagt Ribitsch, der das Verfahren auch für industriell machbar hält. Ribitsch weist jedoch darauf hin, dass es noch ein weiter Weg von der Pansenflüssigkeit bis zum großtechnischen Kunststoffabbau sein wird. Mikrobielle Gemeinschaften als potenziell umweltfreundliche Ressource für das Kunststoffrecycling sind noch nicht ausreichend erforscht. „In weiteren Projekten müssen wir die Enzyme auf ihre Aktivität und Spezifität untersuchen: Wann und unter welchen Bedingungen sind die Enzyme aktiv? Welche Enzymmischung arbeitet am effizientesten? “, verrät Ribitsch. Dass das Verfahren funktioniert und ein neuer Weg im Kunststoffrecycling beschritten werden könnte, haben die Forscher von acib und BOKU jedoch bereits bewiesen.

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