Biotechnologisch hergestellte Mikroorganismen bieten ein neues Werkzeug zur Zersetzung von Plastikmüll

Wissenschaftler der Rice University haben sich die Klebekraft der Natur – die Klebekraft von Muscheln – zunutze gemacht, um biotechnologisch hergestellte Mikroorganismen mit starker Haftung zu erschaffen, die dabei helfen könnten, die Umweltreinigung zu verändern. Durch die Kombination dieser verstärkten Haftkraft mit einem Enzym, das schädliche Kunststoffe abbaut, bietet ihre Entdeckung ein potenzielles neues Werkzeug zur Bekämpfung der Kunststoffverschmutzung. Die Forschung, veröffentlicht In Kleine Methodenkönnte auch Biofouling eindämmen und so langjährige Herausforderungen in Branchen angehen, die von der Schifffahrt bis zur Medizin reichen.

Nach Angaben der Environmental Protection Agency produzieren die USA jährlich etwa 40 Millionen Tonnen Plastikmüll, wobei Polyethylenterephthalat (PET) 64 % ausmacht. PET, ein Kunststoff, der häufig in Verpackungen vorkommt, ist bekanntermaßen resistent gegen Zersetzung und es dauert Jahrhunderte, bis er sich zersetzt. Die Innovation des Teams ermöglichte es, klebende Bakterien und Proteine ​​zu erzeugen, die Ländern weltweit dabei helfen könnten, PET effizienter zu zersetzen.

„Es ist sehr spannend, dass unsere Forschung vielversprechend ist, das wachsende Problem der Plastikverschmutzung in den USA und auf der ganzen Welt anzugehen“, sagte Studienleiter Han Xiao, Direktor des Rice’s Synthesis X Center, außerordentlicher Professor für Chemie, Biowissenschaften und Bioingenieurwesen und a Wissenschaftler am Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT).

Bekämpfung der Plastikverschmutzung

Die manipulierten Bakterien wurden mithilfe der Technologie zur Erweiterung des genetischen Codes entwickelt und enthielten eine natürliche Aminosäure namens 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA), die für die Klebeeigenschaften der Muscheln verantwortlich ist. Durch die Modifizierung der Bakterien mit DOPA verbesserten die Forscher ihre Bindungsfähigkeit an PET-Oberflächen deutlich.

Die veränderten Bakterien zeigten bei Tests an PET-Proben bei 37 Grad Celsius eine 400-fache Steigerung der Adhäsion. Dieses kohäsive Bakterium wurde mit einem Enzym namens Polyethylenterephthalathydrolase kombiniert, um das Material in kleinere, besser handhabbare Fragmente zu zerlegen, was nach Angaben der Forscher zu einem erheblichen Abbau der Kunststoffe über Nacht führte.

Dieser innovative Ansatz könnte eine neuartige Lösung für das Kunststoffrecycling darstellen und eine schnellere und effizientere Möglichkeit bieten, Kunststoffabfälle und ihre Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.

„Unser Ansatz unterstreicht den innovativen Nutzen der Erweiterung des genetischen Codes in der Material- und Zelltechnik. Sie kann potenziell biotechnologische Anwendungen verändern und reale Probleme lösen“, sagte Xiao.

Bekämpfung von Biofouling

Neben der Bekämpfung der Plastikverschmutzung bietet die Forschung auch mögliche Lösungen für Biofouling, die unerwünschte Ansammlung von Mikroorganismen, Pflanzen, Algen und kleinen Tieren auf untergetauchten Oberflächen, die Schiffsrümpfe, Unterwasserstrukturen und Rohre beschädigen können.

Die DOPA-modifizierten Proteine ​​zeigten starke Bindungsfähigkeiten an organische und metallische Oberflächen und bildeten eine Barriere, die die Ansammlung von Mikroorganismen und anderen Materialien verhindert.

Darüber hinaus hat die Entdeckung des Forschers breite Anwendungsmöglichkeiten, auch im Gesundheitswesen. Beispielsweise könne damit das Bakterienwachstum auf medizinischen Geräten verhindert werden, wodurch diese sicherer und wirksamer würden, so die Forscher.

„Dies wird neue Möglichkeiten für die Nutzung dieser Wechselwirkungen eröffnen, um intelligente Material-Protein-Konjugate für verschiedene biomedizinische Anwendungen wie implantierbare medizinische Geräte, Tissue Engineering und Arzneimittelabgabe zu entwickeln“, sagte Mengxi Zhang, Erstautorin der Studie und Doktorandin der Chemie.