Chinesische Wissenschaftler haben einen „lebenden Kunststoff“ entwickelt, der sich auf Befehl selbst zerstört, ohne Mikroplastik zu erzeugen – ein Fortschritt, der dazu beitragen könnte, die zunehmende Belastung durch nicht biologisch abbaubare Abfälle zu verringern.
Viele Kunststoffprodukte sind heutzutage für den einmaligen Gebrauch konzipiert und das Material kann jahrelang in der Umwelt verbleiben.
Das „lebende Plastik“ enthält Mikroben, die plastikabbauende Enzyme freisetzen und auf Befehl aktiviert werden können. Zwei Stämme des häufig vorkommenden Bakteriums Bacillus subtilisGemeinsam bauen sie das Material innerhalb von sechs Tagen vollständig ab, ohne dass Mikroplastik entsteht, zeigen Wissenschaftler in einer in der Fachzeitschrift veröffentlichten Studie ACS Angewandte Polymermaterialien.
„Die Erkenntnis, dass herkömmliche Kunststoffe jahrhundertelang bestehen bleiben, während viele Anwendungen wie Verpackungen nur von kurzer Dauer sind, veranlasste uns zu der Frage: Können wir den Abbau direkt in den Lebenszyklus des Materials einbauen?“ sagte Studienautor Zhuojun Dai vom Shenzhen Institute of Synthetic Biology.
„Durch die Einbettung dieser Mikroben könnten Kunststoffe effektiv „lebendig werden“ und sich auf Befehl selbst zerstören, wodurch die Haltbarkeit von einem Problem zu einer programmierbaren Funktion wird.“
Es ist bekannt, dass viele Mikroben mithilfe ihrer Enzyme Polymerketten, die Bausteine von Kunststoff, in kleinere Stücke zerlegen.
Frühere Versuche, „lebenden Kunststoff“ zu entwerfen, basierten hauptsächlich auf einem einzigen Enzym. Die chinesischen Forscher fügten einen zweiten hinzu, um die Effizienz der Zerstörung zu verbessern.
Sie haben zwei Sorten davon entwickelt Bacillus subtilis Jedes produziert ein anderes polymerabbauendes Enzym.
Ein Enzym fungiert als zufälliger Zerhacker und schneidet die langen Polymerketten in kleinere Stücke, während das andere die Stücke langsam von jedem Ende her in ihre kleinsten Bausteine zerkaut.
Wissenschaftler schützten die Mikroben, bis sie zur Zerstörung des Plastiks benötigt wurden, indem sie sie in ihrer ruhenden Sporenform verwendeten. Sie bauten die Sporen in Polycaprolacton ein, ein Polymer, das üblicherweise im 3D-Druck und einigen chirurgischen Nähten verwendet wird und stabile mechanische Eigenschaften aufweist.
Sobald der Kunststoff einer Nährbrühe zugesetzt und die Temperatur auf 50 °C erhöht wurde, aktivierten sich die Sporen und die Bakterien bauten das Material in nur sechs Tagen vollständig bis in seine Bausteine ab.
„Die kooperative enzymatische Aktivität innerhalb der mikrobiellen Konsortien übertrifft die eines Einzelstammsystems und ermöglicht einen nahezu vollständigen Abbau der Polycaprolacton-Matrix innerhalb von 6 Tagen“, stellten die Wissenschaftler fest.
In weiteren Studien wollen Forscher einen Auslöser für die Bakteriensporen im Wasser entwickeln, wo ein Großteil des Plastikmülls landet. Sie wollen eine ähnliche Strategie auch für andere Arten von Kunststoffen anwenden, wie sie häufig in Einwegkunststoffen vorkommen.
