Forscher unter der Leitung der Northwestern University haben herausgefunden, wie bestimmte Abwasserbakterien Plastik in Nahrung zerlegen können, und eröffnen damit neue Wege für innovative Lösungen im Kampf gegen die Umweltverschmutzung.
Nach jahrelanger Beobachtung des Plastikverbrauchs durch Umweltbakterien in städtischen Gewässern hat ein Forscherteam unter der Leitung der Northwestern University enthüllt, wie bestimmte Bakterien Plastikmüll abbauen und so Nahrung gewinnen. Dieser Durchbruch könnte eine revolutionäre Methode zur Bekämpfung des wachsenden Plastikverschmutzungsproblems bieten.
Die Studie, vor kurzem veröffentlicht in der Zeitschrift Environmental Science & Technology, erläutert den Prozess, den die Bakterien anwenden Comamonas, die im Abwasser vorkommen. Die Bakterien zerlegen Plastik zunächst in Nanoplastik und zersetzen diese Stücke dann mithilfe eines speziellen Enzyms weiter. Bemerkenswerterweise nutzen sie die Kohlenstoffringe des Plastiks als Nahrungsquelle.
„Wir haben zum ersten Mal systematisch gezeigt, dass ein Abwasserbakterium ein Ausgangsmaterial aus Kunststoff nehmen, es zersetzen, fragmentieren, zersetzen und als Kohlenstoffquelle nutzen kann“, sagte Hauptautorin Ludmilla Aristilde, außerordentliche Professorin für Umwelttechnik an der McCormick School of Engineering der Northwestern University, in einem Pressemitteilung.
Mögliche Auswirkungen
Die Verschmutzung durch Plastik ist eine große Herausforderung für die Umwelt.
Polyethylenterephthalat (PET), das häufig in Lebensmittelverpackungen und Getränkeflaschen verwendet wird, ist aufgrund seiner Langlebigkeit besonders problematisch. PET macht 12 % des weltweiten Kunststoffverbrauchs aus und ist für etwa die Hälfte des im Abwasser gefundenen Mikroplastiks verantwortlich.
Diese Forschung baut auf früheren Erkenntnissen von Aristildes Team auf, die die Fähigkeit von Comamonas testosteroni einfache Kohlenstoffe aus zersetzten Pflanzen und Kunststoffen zu metabolisieren. Indem wir untersuchen, wie C. testosteroni mit PET interagiert, enthüllt diese Studie mehr über die abbauenden Fähigkeiten des Bakteriums.
„Es ist wichtig zu beachten, dass PET-Kunststoffe 12 % des gesamten weltweiten Kunststoffverbrauchs ausmachen“, fügte Aristilde hinzu. „Und sie machen bis zu 50 % des Mikroplastiks im Abwasser aus.“
Wie sie es gemacht haben
Mithilfe einer Kombination aus theoretischen und experimentellen Ansätzen züchteten die Forscher die Bakterien zunächst auf PET-Folien und -Pellets. Mithilfe moderner Mikroskopie konnten sie Veränderungen an der Oberfläche des Kunststoffs im Laufe der Zeit beobachten. Dann fanden sie Hinweise auf winzige Nanoplastikpartikel im umgebenden Wasser, die auf einen Abbau hindeuteten.
„In Gegenwart des Bakteriums wurden die Mikroplastikpartikel in winzige Nanopartikel aus Kunststoff zerlegt“, fügte Aristilde hinzu. „Wir fanden heraus, dass das Abwasserbakterium die angeborene Fähigkeit besitzt, Kunststoff bis zu Monomeren abzubauen, kleinen Bausteinen, die sich zu Polymeren verbinden. Diese kleinen Einheiten sind eine biologisch verfügbare Kohlenstoffquelle, die Bakterien für ihr Wachstum nutzen können.“
Mithilfe von Omics-Techniken konnte das Team ein bestimmtes Enzym identifizieren, das C. testosteroni exprimiert, wenn es PET ausgesetzt wird. Mithilfe von Zellen, die dieses Enzym nicht exprimieren können, stellten die Forscher fest, dass die Fähigkeit des Bakteriums, Kunststoff abzubauen, deutlich reduziert war.
Den Lebenszyklus von Kunststoff verstehen
Die Auswirkungen dieser Studie gehen über potenzielle Bioremediationstechniken hinaus.
Es bietet Einblicke in die Entwicklung von Kunststoffen in Abwasserumgebungen. Viele Menschen gehen davon aus, dass Nanoplastik bereits in fragmentierter Form in Kläranlagen gelangt. Diese Forschung zeigt jedoch, dass mikrobielle Aktivität in Abwasserbehandlungsprozessen zur Bildung von Nanoplastik beiträgt.
„Abwasser ist ein riesiges Reservoir für Mikroplastik und Nanoplastik“, sagte Aristilde. „Die meisten Menschen denken, dass Nanoplastik als Nanoplastik in Kläranlagen gelangt. Aber wir zeigen, dass Nanoplastik während der Abwasserbehandlung durch mikrobielle Aktivität entstehen kann.“
Dieses neue Verständnis des Weges von Plastik vom Abwasser in natürliche Gewässer könnte die Strategien zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung verändern.
Fazit
Während die Gesellschaft mit den schlimmen Folgen der Plastikverschmutzung zu kämpfen hat, bietet dieser Durchbruch einen Hoffnungsschimmer. Die Nutzung der plastikabbauenden Fähigkeiten von Abwasserbakterien wie Comamonas könnte unsere Bemühungen zur Schaffung einer nachhaltigeren Umwelt grundlegend verändern.