Bakterium wandelt einzelne Bausteine ​​von Nylon in Wertschöpfungsprodukte um

Ein Team von Wissenschaftlern aus dem Institut für Bio- und Geowissenschaften- Biotechnologie am Forschungszentrum Jülich arbeitete mit dem Firmen-Novonesis zusammen, um ein Bakterium zu entwickeln, das einzelne Bausteine ​​verschiedener Arten von Nylon „isst“ und sie in Wertschöpfungsprodukte umwandelt. Die Ergebnisse dieser Forschung werden dazu beitragen, das Nylonrecycling zu verbessern. Die Studie war gerade veröffentlicht in der Zeitschrift Naturmikrobiologie.

Synthetische Polyamide, besser bekannt als Nylon, haben eine lange Haltbarkeit und eine hohe Zugfestigkeit. Sie werden in verschiedenen Branchen und einer Vielzahl von Produkten verwendet – darunter Strumpfhosen, Unterwäsche und Sportbekleidung sowie Fallschirme, Netze, Angelschnüre und Komponenten in der Automobilindustrie.

Trotz des weiten Bereichs möglicher Anwendungen und Verwendungszwecke beträgt die Recyclingrate für Polyamide derzeit weniger als 5%. Die meisten Nylonabfälle werden aufgrund des Mangels an geeigneten Recyclingprozessen, die in der Umwelt als Fischereiennetze oder -seile verworfen oder verbrannt werden, die toxische Substanzen freigesetzt werden.

Herkömmliche Recyclingmethoden sind häufig unzureichend. Das herkömmliche mechanische Recycling, bei dem Nylon geschmolzen und in Fasern oder Kunststoffprodukte umgestaltet wird, wird derzeit nur in sehr geringem Maßstab durchgeführt, da es sehr reine Nylonabfälle benötigt.

Alternativ kann das chemische Recycling das Nylonmaterial in seine Bausteine ​​unterteilen, um sich in einen neuen Kunststoff zu verwandeln, aber das Material ist oft nicht vollständig abgebaut. Was stattdessen verbleibt, ist eine Mischung aus einzelnen Molekülen und kurzen molekularen Ketten – als Oligomere bekannt.

Im Vergleich zu reinen Polymerbausteinen ist diese Mischung schwer zu verarbeiten. Und hier kommt die Innovation des Forschungsteams von Jülich.

Neue Lösung: Bakterien verwenden Nylonabfälle als Nahrungsquelle

Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Nick Wierckx vom Institut für Bio- und Geowissenschaften- Biotechnologie am Forschungszentrum Jülich hat das vielseitige, aber harmlose Bodenbakterium pseudomonas putida genetisch verbessert, um diese Mischung von Nylon-Gebäudeblockungen zu metabolisieren und zu konvertieren, um sich zu intenst Mehrwertprodukte wie Biopolyesters.

Der Schlüssel zu diesem Durchbruch war eine Kombination aus Gentechnik und Laborentwicklung, die es ermöglicht, Bakterien effizient neue Fähigkeiten zu vermitteln.

„Einige Bakterien entwickeln die Fähigkeit, Nylonbausteine ​​effizienter nach zufälligen Mutationen in ihrem Genom zu recyceln. Diese Zellen haben einen Wachstumsvorteil gegenüber anderen und können sich schneller vermehren. Nach einigen Generationen im Labor, wo Nylonbausteine ​​die einzige Quelle von waren Ernährung, die Bakterienkultur besteht schließlich nur aus diesen spezialisierten Zellen “, sagt Wierckx.

Durch die im Detail analysierte Analyse der Genome identifizierten die Forscher die verantwortlichen Mutationen und führten sie in Pseudomonas putida -Zellen ein. Darüber hinaus wurden Gene für spezielle Enzyme, die als Nylonasen bekannt sind, eingeführt, damit die Bakterien kurze Nylonketten aus chemisch zersetztem Nylon als zusätzliche Nahrungsquelle verwenden konnten. Das Potenzial solcher Enzyme wurde bereits in einer früheren Studie in Zusammenarbeit mit Novonesis untersucht.

Die Ergebnisse sind Teil des kürzlich abgeschlossenen europäischen Projekts Glaukos. Glaukos zielte darauf ab, den Lebenszyklus von Kleidung und Fischerei sowie deren Beschichtungen nachhaltiger zu gestalten, indem neue Prozesse und biologische Textilfasern erstellt werden, während sowohl der CO2-Fußabdruck als auch die Plastikverschmutzung erheblich reduziert wurden.