Bakterien erzeugen erstmals thermisch stabile Polymere
Bakterien produzieren erstmals thermisch stabile Polymere, die erdölbasierte Kunststoffe wie PET ersetzen könnten – ein Durchbruch für nachhaltige Materialien.
Werden PET-Flaschen künftig nicht mehr aus Erdöl hergestellt, sondern von Bakterien produziert?
Foto: PantherMedia / Arturs Budkevics
In der heutigen Zeit stehen Forschende weltweit vor der Herausforderung, nachhaltige Alternativen zu erdölbasierten Kunststoffen zu entwickeln. Die auf fossilen Brennstoffen basierenden Kunststoffe, die wir alltäglich nutzen, sind nicht nur umweltbelastend, sondern auch schwer abzubauen. Bioingenieurinnen und -ingenieure arbeiten daher intensiv daran, Mikroorganismen zu entwickeln, die umweltfreundliche Polymere herstellen können.
Ein Forschungsteam aus Südkorea hat es nun geschafft, Bakterien so zu modifizieren, dass diese thermisch stabile Polymere herstellen, die ähnliche Eigenschaften wie Polystyrol oder PET aufweisen. Dieser Fortschritt könnte die Kunststoffproduktion revolutionieren und einen bedeutenden Beitrag zur Reduktion der globalen Plastikmüllkrise leisten.
Neuer Stoffwechselweg für thermisch stabile Polymere
Das koreanische Forschungsteam unter der Leitung von Sang Yup Lee, einem renommierten Chemie- und Biomolekularingenieur am Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) in Daejeon, hat eine neue Methode entwickelt, mit der Bakterien Kunststoffe mit aromatischen Ringstrukturen herstellen können. Diese Strukturen verleihen den Polymeren ihre besondere thermische Stabilität und Festigkeit.
Dazu konstruierte das Team einen neuartigen Stoffwechselweg im Bakterium E. coli. Dies war eine große Herausforderung, da die für die Polymerproduktion notwendigen Moleküle normalerweise für Mikroorganismen giftig sind. Die Forschenden rekombinierten Enzyme aus verschiedenen Mikroorganismen so, dass die Bakterien das aromatische Monomer Phenyllactat herstellen konnten. Mit Hilfe von Computersimulationen entwickelten sie zudem ein spezifisches Polymerase-Enzym, das diese Monomere effizient zu einem Polymer zusammenfügen kann.
So soll es mit der industriellen Anwendung klappen
Nach Optimierung des bakteriellen Stoffwechsels kultivierte das Forschungsteam die modifizierten Bakterien in Fermentationsbehältern mit einem Volumen von 6,6 Litern. Der fertige Bakterienstamm war in der Lage, 12,3 g/l des Polymers Poly(D-phenyllactat) zu produzieren. Auch wenn diese Menge noch nicht für eine industrielle Produktion ausreicht, ist sie doch ein vielversprechender Anfang. Die Forscher wollen die Ausbeute weiter auf mindestens 100 g/l steigern, um eine wirtschaftliche Vermarktung zu ermöglichen.
Die hergestellten Polymere sind biologisch abbaubar und könnten insbesondere in biomedizinischen Anwendungen wie der gezielten Verabreichung von Medikamenten zum Einsatz kommen. Lee betont jedoch, dass weitere Forschung notwendig ist, um die Eigenschaften der Polymere zu verbessern und ihre Anwendbarkeit in verschiedenen Industrien zu erweitern.
Ausblick und zukünftige Entwicklungen
Die koreanischen Forschenden haben große Pläne für die Zukunft. Sie arbeiten daran, weitere aromatische Monomere und Polymere mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften zu entwickeln. Ihr Ziel ist es, Polymere mit höheren Molekulargewichten zu erzeugen, die für industrielle Anwendungen erforderlich sind. Zudem optimieren sie den Produktionsprozess, um ihn für den großflächigen Einsatz praktikabel zu machen.
„Wir sind zuversichtlich, dass wir mit weiteren Optimierungen und internationaler Zusammenarbeit eine bedeutende Rolle bei der Bewältigung der globalen Plastikkrise spielen können“, sagt Lee.
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