Eine aktuelle Studie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie hat auf faszinierende Weise das Wissen über den Abbau von natürlichem Bioplastik, insbesondere von Polyhydroxyalkanoaten (PHAs), erweitert. Diese Forschung zeigt, dass nicht nur Mikroorganismen, sondern auch Tiere wie Meereswürmer und Regenwürmer über Enzyme verfügen, die in der Lage sind, diese biologischen Kunststoffe abzubauen. Diese Erkenntnisse könnten weitreichende Implikationen für den Kohlenstoffkreislauf und die ökologische Nutzung von Bioplastik haben.
PHAs sind nicht nur ein Produkt der modernen Biotechnologie, sondern werden von Mikroorganismen seit langem natürlich produziert. Diese Stoffe dienen Mikroben als Kohlenstoff- und Energiequelle für Zeiten, in denen Nahrungsressourcen knapp sind. Bisher dachte man, dass lediglich diese Mikroben in der Lage seien, die PHAs zu zerlegen. Doch die neue Studie bringt einen frischen Blick auf die Interaktion zwischen Tieren und diesen natürlichen Kunststoffen.
Die Forschung begann mit einem bemerkenswerten Meereswurm, Olavius algarvensis, der über keine Mund- oder Darmstruktur verfügt. Stattdessen lebt er in Symbiose mit bestimmten Bakterien, die unter seiner Haut leben. Diese Bakterien speichern große Mengen an Kohlenstoff in Form von PHA, und der Wurm hat einen Mechanismus entwickelt, um diese Energiequelle zu nutzen. Im Rahmen der Studie wurde ein spezifisches Enzym entdeckt, das in der Lage ist, die PHAs in kleinere, verwertbare Bausteine zu zerlegen. Diese Entdeckung war nicht nur für den Wurm von Bedeutung, sondern auch für das Verständnis, wie Kohlenstoff aus Mikroben in die Nahrungsketten von Tieren gelangen kann.
Die Forscher suchten daraufhin in Genomdaten von verschiedenen Tieren nach ähnlichen Enzymen und waren überrascht, in über 66 verschiedenen Tierarten aus neun verschiedenen Tierstämmen fündig zu werden. Laborversuche bestätigten, dass sogar Enzyme aus weit voneinander entfernten Tiergruppen, wie Schwämme und Springschwänze, ebenfalls in der Lage waren, mikrobielle PHAs abzubauen. Diese Entdeckung zeigt, dass die Fähigkeit, PHAs abzubauen, in der Tierwelt verbreitet ist und möglicherweise schon seit Millionen von Jahren genutzt wird.
Mikrobielle PHAs finden sich weltweit in Böden, Gewässern und Sedimenten und sind ein Produkt des Kohlenstoffspeichers von Mikroorganismen. Diese Kunststoffe sind nicht nur biologisch abbaubar, sondern bieten auch eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen. Die Entdeckung, dass Tiere an ihrem Abbau beteiligt sein können, eröffnet neue Perspektiven für die Forschung über die biologische Abbaubarkeit von Kunststoffen und deren Rolle im Kohlenstoffkreislauf.
Die Ergebnisse dieser Studie lassen darauf schließen, dass Tiere möglicherweise schon lange auf diese mikrobielle Kohlenstoffquelle zugreifen, was das Verständnis von Nahrungsketten und Nahrungsaufnahme in marinen und terrestrischen Ökosystemen revolutionieren könnte. „Bioplastik kann auch Nahrung für Tiere sein“, stellt Maggie Sogin, eine der Autorinnen der Studie, fest. Diese Erkenntnis könnte dazu beitragen, die Rolle der Tiere im Kohlenstoffkreislauf besser zu verstehen und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Organismen zu beleuchten.
Die industrielle Herstellung von PHAs, die aus Bakterien in großen Fermentern gewonnen werden, zeigt das Potenzial dieser Bioplastik-Alternativen. Diese Kunststoffe sind formbar, wasserabweisend und vielseitig einsetzbar, beispielsweise in Lebensmittelverpackungen oder medizinischen Anwendungen wie Wundverbänden. Trotz ihrer Vorteile machen PHAs bislang nur einen kleinen Teil des globalen Biokunststoffmarktes aus. Mit dem wachsenden Interesse an biologisch abbaubaren Materialien könnte sich dies jedoch in naher Zukunft ändern.
Zusammenfassend zeigt die Studie, dass Tiere, die über spezielle Enzyme verfügen, in der Lage sind, PHA-Bioplastik zu nutzen, was neue Wege für die Forschung und die zukünftige Entwicklung nachhaltiger Materialien eröffnen könnte. Die Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Tieren sind komplex und zeigen, dass die Natur oft unerwartete Lösungen für Probleme bereithält, die auch für den Menschen von Bedeutung sind.
