Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Nick Wierckx vom Institut für Bio- und Geowissenschaften – Biotechnologie des Forschungszentrums Jülich hat das Bodenbakterium Pseudomonas putida genetisch so weiterentwickelt, dass es in der Lage sein soll, Gemische aus Polyamid-Bausteinen zu verstoffwechseln. Polyamid wird in zahlreichen Produkten verwendet, insbesondere auch in der Fischerei etwa in Form von Fischernetzen.
 

Die Ergebnisse der Jülicher Studie sind Teil des kürzlich abgeschlossenen EU-Projekts Glaukos, das darauf abzielt, durch neue Verfahren und biobasierte Textilfasern den Lebenszyklus von Kleidung und Fischereiausrüstung nachhaltiger zu gestalten und gleichzeitig die Umweltverschmutzung durch Kunststoffabfälle zu verringern. Synthetische Polyamide (PA) sind eine Klasse von Kunststoffen, die aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit und langen Haltbarkeit nicht nur in der Fischerei, sondern in einer Vielzahl von Anwendungen wie etwa von Fallschirmen über Sportbekleidung bis hin zu Autokomponenten eingesetzt werden. Die weltweite Produktion liegt nach Angaben des Jülicher Forscherteams bei fast 10 Millionen Tonnen, wovon weniger als fünf Prozent recycelt würden. In Reinform vorliegende PA-Abfälle könnten zwar gut mechanisch recycelt werden, machen laut Studie aber nur kleine Mengen der gesamten Abfälle aus. Beim chemischen Recycling wird das Material in seine Grundbausteine zerlegt und wieder zu einem neuen Kunststoff zusammengesetzt. In diesen Verfahren oder auch bei der Herstellung von PA bleiben laut Forschungsteam Gemische aus Einzelmolekülen und kurzen Molekülketten, sogenannte Oligomere übrig. Für diese wurde in Jülich an einer effizienten und nachhaltigen Lösung geforscht.
 
Die chemische Hydrolyse, bei der die chemischen Verbindungen der Oligomere in einer Reaktion mit Wasser gespalten werden, wurde in der Studie des Jülicher Forschungsteams mit mikrobieller Biotechnologie kombiniert und durch genetische Veränderung ein Bakterium gezüchtet, das die Einzelbausteine verschiedener PA-Varianten verstoffwechseln und in Substanzen wie Biopolyester umwandeln kann. Der Studie zufolge gelang dies durch gezielte Mutationen und den Einbau von Genen, so dass das gezüchtete Bakterium nun in der Lage sein soll, neue Enzyme zu produzieren, mit denen es kurze PA-Ketten als Nahrungsquelle nutzen kann. Der veränderte Bakterienstamm hat die Oligomere laut Forscherteam vollständig verstoffwechselt und in das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (PHB) sowie die Naturstoffe Violacein und Serrawettin umgewandelt. Das weiterentwickelte Bodenbakterium Pseudomonas putida könnte nun als Option zur Entsorgung von PA-Abfällen eingesetzt werden, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Die Forschenden sehen in der Entwicklung einen entscheidenden Beitrag zur Reduzierung von Kunststoffabfällen und einen wichtigen Schritt, um die Verschmutzung durch Kunststoffe in der Zukunft zu verringern und gleichzeitig wertvolle Ressourcen zurückzugewinnen.
 
Quellen:

• Upcycling of polyamides through chemical hydrolysis and engineered Pseudomonas putida, Jan de Witt, Tom Luthe, Johanna Wiechert, Kenneth Jensen, Tino Polen, Astrid Wirtz, Stephan Thies, Julia Frunzke, Benedikt Wynands & Nick Wierckx, Nature Microbiology Ausgabe 10, (10.2.2025)
• PM Forschungszentrum Jülich (10.2.2025)
• Foto: Joshua J. Cotton / Unsplash