Wie genetisch veränderte Fliegen den Abfall reduzieren und ihn von Mülldeponien fernhalten können

Ein Team der Macquarie University schlägt den Einsatz gentechnisch veränderter Schwarzer Soldatenfliegen (Hermetia illucens) vor, um das weltweite Problem der Umweltverschmutzung zu lösen und wertvolle Rohstoffe für die Industrie zu produzieren, darunter auch für den 500 Milliarden US-Dollar schweren globalen Tierfuttermarkt.

In einem neues Papier veröffentlicht am 24. Juli in der Zeitschrift KommunikationsbiologieWissenschaftler der Macquarie University entwerfen eine Zukunft, in der gentechnisch veränderte Fliegen die Abfallwirtschaft und die nachhaltige Bioproduktion verändern und damit mehrere Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) der Vereinten Nationen erfüllen könnten.

Die synthetische Biologin Dr. Kate Tepper ist die Hauptautorin des Artikels und Postdoktorandin bei Applied BioSciences der Macquarie University.

„Eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung Kreislaufwirtschaften besteht darin, hochwertige Produkte herzustellen, die aus Abfällen produziert werden können“, sagt Dr. Tepper.

Deponieemittenten

Schätzungsweise 40 bis 70 % des weltweiten organischen Abfalls landen auf Mülldeponien.

„Die Deponierung organischer Abfälle verursacht etwa fünf Prozent der jährlichen globalen Treibhausgasemissionen und wir müssen diesen Anteil auf 0 Prozent senken“, sagt Dr. Tepper.

Organische Nebenprodukte aus der Abwasserbehandlung – kommunale Klärschlamm – können als Alternative zu Kunstdünger zum Anbau von Nutzpflanzen und zur Schließung von Nährstoffkreisläufen verwendet werden.

Dr. Tepper weist jedoch darauf hin, dass die Sorge über giftige Chemikalien im Abfall zunimmt, darunter auch gefährliche „Ewig-Chemikalien“ wie Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS).

In Entwicklungsländern können im Freien entsorgte organische Abfälle das Trinkwasser oder das Bewässerungswasser verunreinigen und so Schädlinge anlocken, Krankheiten verbreiten und den natürlichen Lebensraum zerstören. Zudem verbrennen Landwirte oft Erntereste, die sie nicht mehr verwenden können, was zu Luftverschmutzung führt.

Schwarze Soldatenfliegen werden bereits in der Abfallwirtschaft geschätzt, wo sie gewerbliche organische Abfälle fressen, bevor sie als „Insektenbiomasse“ zu Futter für Haustiere sowie gewerbliche Hühner- und Fischzüchter verarbeitet werden.

Doch das Macquarie-Team ist davon überzeugt, dass sich der Nutzen der Schwarzen Soldatenfliege durch Gentechnik steigern ließe, indem man Abfallprodukte in besseres Tierfutter oder wertvolle Rohstoffe für die Industrie umwandeln könnte.

Aus den Larven ließen sich industrielle Enzyme biologisch herstellen, die gegenwärtig in der Viehzucht, der Textil-, Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt werden und einen globalen Markt mit einem Volumen von mehreren Milliarden Dollar jährlich darstellen.

Die Fliegen können zudem so verändert werden, dass sie spezielle Lipide zur Verwendung in Biokraftstoffen und Schmiermitteln produzieren und so Produkte auf Basis fossiler Brennstoffe ersetzen.

Durch die Entwicklung gentechnisch veränderter Insekten zur Produktion industrieller Enzyme und Lipide, die in der Nahrungsmittelversorgungskette nicht verwendet werden, lässt sich die Zahl nutzbarer organischer Abfälle erweitern. Das Forschungsteam schlägt außerdem vor, die Fliege so zu modifizieren, dass sie kontaminierte organische Abfälle, Klärschlamm und andere komplexe organische Abfälle verdauen kann.

„Sogar der Fliegenkot, der sogenannte Frass, könnte verbessert werden, um Dünger herzustellen“, sagt Dr. Tepper. „Die Fliegen könnten so verändert werden, dass sie chemische Schadstoffe in ihrem Frass beseitigen, der dann als schadstofffreier Dünger für den Anbau von Nutzpflanzen verwendet werden kann und verhindert, dass Schadstoffe in unsere Lebensmittelversorgungsketten gelangen.“

Nachhaltige Bioproduktion

Der leitende Autor Dr. Maciej Maselko, der ein Labor für synthetische Tierbiologie an der Applied BioSciences der Macquarie University leitet, sagt: „Insekten werden die nächste Grenze für Anwendungen der synthetischen Biologie sein, da sie einige der riesigen Herausforderungen der Abfallbewirtschaftung angehen, die wir mit Mikroben nicht lösen konnten.“

Gentechnisch veränderte Mikroben benötigen eine sterile Umgebung, um eine Kontamination zu verhindern, sowie viel Wasser und raffinierte Nährstoffe.

„Wir können die Soldatenfliegen mit reinem, schmutzigem Abfall füttern, statt mit sterilisiertem oder gründlich vorverarbeitetem. Wenn er nur in kleinere Stücke geschnitten wird, fressen die Soldatenfliegen große Mengen Abfall viel schneller als Mikroben“, sagt Dr. Maselko.

Die Forscher schlagen vor, dass die Gentechnik auf dem bestehenden Rahmenwerk aufbauen und die Fliegen von einfachen Abfallverarbeitern zu Hightech-Bioproduktionsplattformen machen könnte. In dem Papier skizzieren die Forscher einen Plan, der bessere Gentechnik-Werkzeuge für Schlüsselinsekten fordert.

„Die physische Eindämmung ist Teil einer Reihe von Schutzmaßnahmen. Wir entwickeln außerdem zusätzliche Ebenen der genetischen Eindämmung, damit sich entlaufene Tiere nicht fortpflanzen oder in der Wildnis überleben können“, sagt Dr. Maselko.

Vermarktung

Die Macquarie University hat in Zusammenarbeit mit einigen Mitgliedern des Forschungsteams Patentanträge im Zusammenhang mit der biologischen Herstellung von Schwarzen Soldatenfliegen eingereicht. Die Anträge sind bereits bei einem Spin-off-Unternehmen der Macquarie University, EntoZyme, auf dem Weg.

Dr. Tepper sagt, dass die Einführung gentechnisch veränderter Insekten nicht nur auf dem Multimilliarden-Dollar-Markt der Abfallwirtschaft, sondern auch bei der Produktion einer Reihe hochwertiger Industrieprodukte großes Potenzial birgt.

„Wenn wir eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft wollen, muss die Ökonomie dahinter funktionieren“, sagt Dr. Tepper.

„Wenn es einen wirtschaftlichen Anreiz gibt, nachhaltige Technologien einzuführen, wie etwa Insekten so zu manipulieren, dass sie mehr Wert aus Abfallprodukten gewinnen, wird das dazu beitragen, diesen Übergang schneller voranzutreiben.“

Dieser Inhalt wurde ursprünglich auf der Website der Macquarie University veröffentlicht. Leuchtturm.