Polyolefine sind abbaubeständige Kunststoffe. Dies macht es schwierig, diesen Kunststoff – der in allem zu finden ist, von Einkaufstüten bis hin zu Autostoßstangen – zu recyceln. In einer neuen Studie haben Wissenschaftler eine mögliche Lösung entdeckt: den Hefepilz Yarrowia lipolytica.
Die Studie ergab, dass die Hefe Kohlenwasserstoffe aus Polyolefin-Kunststoffabfällen nutzen kann, um ihre eigenen Zellen zu züchten. Dies geschieht, indem es seine Proteinproduktion auf den Energie- und Lipidstoffwechsel verlagert, um auf Kohlenwasserstoffen zu wachsen. Es kann auch Zitronensäure und neutrale Lipide produzieren, die zur Herstellung biologisch abbaubarer Polyester und Polyurethane verwendet werden können.
Das Papier ist veröffentlicht im Tagebuch mSystems.
Kunststoffabfälle wie Polyolefine sind Herausforderungen für das biologische Upcycling. Hierbei handelt es sich um eine Reihe von Prozessen, die natürlich vorkommende Optionen wie Mikroben nutzen, um Kunststoffe abzubauen und wiederzuverwenden. Diese Studie entdeckte Hefen, die als mikrobielle Katalysatoren für Kunststoffe fungieren können. Dies würde Hefen zu einer vielversprechenden Wahl für nachhaltige Verfahren zum biologischen Upcycling von Kunststoffabfällen machen. Die Ergebnisse sind ein Schritt in Richtung Dekarbonisierung und Reduzierung der Umweltverschmutzung durch Plastikverbrauch, Verbrennung und Deponielagerung.
Die Welt braucht nachhaltige Prozesse für das biologische Upcycling von Kunststoffabfällen in einer zirkulären Bioökonomie, um die Dekarbonisierung voranzutreiben und die Umweltverschmutzung durch Kunststoffverbrauch, Verbrennung und Deponielagerung zu reduzieren. Diese Forschung nutzte Stammcharakterisierung und Proteomanalyse, um die robusten Stoffwechselfähigkeiten von Y. lipolytica für das Upcycling von Polyethylen in hochwertige Chemikalien aufzudecken.
Beim Wachstum auf Kohlenwasserstoffen teilte sich Y. lipolytica in planktonische und ölgebundene Zellen auf, die jeweils unterschiedliche Proteome und Aminosäureverteilungen aufwiesen, die in die Etablierung dieser Proteome investiert wurden. Y. lipolytica erforderte für ein robustes Wachstum auf Kohlenwasserstoffen mit n-Hexadecan als bevorzugtem Substrat eine erhebliche Umverteilung des Proteoms in Richtung Energie- und Lipidstoffwechsel.
Dieses Wachstum umfasste die Expression und Hochregulierung vieler assoziierter Proteine und Stoffwechselwege, einschließlich des Kohlenwasserstoffabbauwegs, des Krebszyklus, des Glyoxylat-Shunts und unerwarteterweise des Propionatstoffwechsels. Eine offensichtliche Überinvestition in dieselben Kategorien zur Nutzung komplexer depolymerisierter Kunststofföle ging jedoch zu Lasten der Proteinbiosynthese und schränkte das Zellwachstum ein.
Insgesamt erläutert diese Studie, wie Y. lipolytica seinen Stoffwechsel aktiviert, um depolymerisiertes Kunststofföl zu nutzen, und etabliert Y. lipolytica als vielversprechenden Wirt für das Upcycling von Kunststoffabfällen.
Mehr Informationen:
Caleb Walker et al., Proteomes offenbaren metabolische Fähigkeiten von Yarrowia lipolytica für das biologische Upcycling von Polyethylen in hochwertige Chemikalien, mSystems (2023). DOI: 10.1128/msystems.00741-23