Der biologisch abbaubare Kunststoff Polybutylenadipat-co-terephthalat, kurz PBAT, besteht aus drei chemischen Grundbausteinen. Werden seine langen Molekülketten gespalten, entstehen Terephthalsäure, Adipinsäure und 1,4-Butandiol. Ein einzelner Mikroorganismus kann diese Verbindungen jedoch nur schwer vollständig nutzen. Forschende aus Südkorea haben deshalb zwei Bakterien mit unterschiedlichen Stoffwechselfähigkeiten kombiniert. Die Gemeinschaft verwertete im Labor alle drei PBAT-Bausteine und produzierte dabei Polyhydroxybutyrat, kurz PHB.

Zwei Bakterien teilen sich die Bausteine

Für Terephthalsäure und 1,4-Butandiol setzte das Team einen gentechnisch veränderten Stamm des Bodenbakteriums Pseudomonas putida ein. Eingefügte Gene ermöglichten ihm die Verwertung von Terephthalsäure. Das zweite Bakterium, Cupriavidus necator, nutzte Adipinsäure über seinen Fettstoffwechsel und speicherte Kohlenstoff in Form von PHB.

PHB gehört zu den Polyhydroxyalkanoaten, einer Gruppe von Polyestern, die zahlreiche Bakterien als Energie- und Kohlenstoffreserve bilden. Nach der Gewinnung aus den Zellen lässt sich das Polymer als biologisch abbaubarer Kunststoff verwenden. Um seine Produktion zu steigern, veränderten die Forschenden P. putida so, dass es zusätzlich Lävulinsäure bildete. Mit diesem Stamm erzeugte das Konsortium 6,25-mal mehr PHB als mit einem Bakterium ohne Lävulinsäureproduktion.

Bausteine statt Kunststoffabfall

Entscheidend war auch das Mischungsverhältnis der Mikroorganismen. Bei zwei Teilen P. putida und einem Teil C. necator entstanden bis zu 0,98 Gramm PHB pro Liter Kulturlösung. Nach 30 Stunden waren die drei eingesetzten PBAT-Monomere nicht mehr nachweisbar. Nach Angaben des Teams ist dies der erste Ansatz, der alle drei Bausteine mithilfe eines solchen Konsortiums vollständig verwertet und dabei PHB erzeugt.

Ein vollständiges Recyclingverfahren ist damit noch nicht erreicht. Das Team arbeitete nicht mit PBAT-Abfällen, sondern mit einer vorbereiteten Mischung der bereits freigesetzten Monomere. Die Zerlegung des festen Kunststoffs war nicht Teil der Studie. Für eine praktische Anwendung müsste dieser Schritt vorgeschaltet und das Verfahren mit realen Abfallströmen sowie in größerem Maßstab geprüft werden.

ag