Bakterien erzeugen Vanillin
Wissenschaftler der Universität Edinburgh haben einen neuartigen Weg gefunden, um das wachsende Problem der Plastikverschmutzung anzugehen – indem sie Bakterien als nachhaltigen Weg einsetzen, um Plastikmüll in Vanillearoma zu verwandeln: Wie eine neue, in Green Chemistry open access publizierte Studie zeigt, kann das gewöhnliche Bakterium Escherichia coli (E.coli) Plastik in Vanillin umwandeln, Hauptbestandteil von extrahierten Vanilleschoten und für den charakteristischen Vanillegeschmack und -geruch verantwortlich.
Elektronenmikroskopische Aufnahme von Escherichia Coli – Foto © Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH, Gemeinfrei, commons.wikimedia.org
Die Umwandlung könnte die Kreislaufwirtschaft vorantreiben, die darauf abzielt, Abfall zu vermeiden, Produkte und Materialien im Gebrauch zu halten und positive Auswirkungen auf die synthetische Biologie zu haben, sagen Experten.
Die weltweite Plastikkrise hat zu der Erkenntnis geführt, dass dringend neue Methoden zur Wiederverwertung von Polyethylenterephthalat (PET) entwickelt werden müssen. Das 1941 erfundene PET ist ein starker, leichter Kunststoff, der aus nicht erneuerbaren Materialien wie Öl und Gas gewonnen wird und häufig für die Verpackung von Lebensmitteln, Säften und Wasser in Convenience-Größe verwendet wird. 2016 wurden weltweit 56 Millionen Tonnen produziert. Jährlich fallen davon trotz steigender Recycling-Raten 50 Millionen Tonnen PET-Abfall an – mit schwerwiegenden wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen. PET-Recycling ist zwar möglich, es entstehen aber Produkte, die ihrerseits weiterhin zur weltweiten Kunststoffverschmutzung beitragen. Die PET-Fasern sind in Deutschland unter den Firmennamen „Trevira“ und „Diolen“ bekannt.
Um dieses Problem anzugehen, haben Wissenschaftler der Universität Edinburgh labortechnisch hergestellte E. coli verwendet, um Terephthalsäure – ein aus PET gewonnenes Molekül – über eine Reihe von chemischen Reaktionen in die hochwertige Verbindung Vanillin umzuwandeln. Das Team demonstrierte auch, wie die Technik funktioniert, eine PET-Plastikflasche in Vanillin umzuwandeln, indem es die E. coli zu dem verbrauchten Plastikmüll gab. Die Forscher sagen, dass das produzierte Vanillin für den menschlichen Verzehr geeignet wäre, aber weitere experimentelle Tests sind erforderlich. Vanillin wird in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie sowie bei der Formulierung von Herbiziden, Entschäumungsmitteln und Reinigungsprodukten verwendet. Die weltweite Nachfrage nach Vanillin lag 2018 bei mehr als 37.000 Tonnen.
Joanna Sadler, Erstautorin und BBSRC Discovery Fellow, School of Biological Sciences, University of Edinburgh: „Dies ist das erste Beispiel für die Nutzung eines biologischen Systems, um Kunststoffabfälle in eine wertvolle Industriechemikalie umzuwandeln, und dies hat sehr spannende Auswirkungen auf die Kreislaufwirtschaft. „Die Ergebnisse unserer Forschung haben große Auswirkungen auf den Bereich der Nachhaltigkeit von Kunststoffen und demonstrieren die Leistungsfähigkeit der synthetischen Biologie, um reale Herausforderungen anzugehen.“
Stephen Wallace, Principle Investigator und UKRI (UK Research and Innovation) Future Leaders Fellow, Schule für Biologische Wissenschaften der Universität Edinburgh: „Unsere Arbeit stellt die Wahrnehmung von Kunststoff als problematischem Abfall in Frage und zeigt stattdessen seine Verwendung als neue Kohlenstoffressource, aus der hochwertige Produkte gewonnen werden können.“
Ellis Crawford, Redakteurin bei der Royal Society of Chemistry: „Dies ist eine wirklich interessante Anwendung der mikrobiellen Wissenschaft auf molekularer Ebene, um die Nachhaltigkeit zu verbessern und auf eine Kreislaufwirtschaft hinzuarbeiten. Die Verwendung von Mikroben zur Umwandlung von umweltschädlichen Kunststoffabfällen in einen wichtigen Rohstoff und ein Plattformmolekül mit breiten Anwendungsmöglichkeiten in Kosmetika und Lebensmitteln ist eine schöne Demonstration der grünen Chemie.“
Die in Green Chemistry (open access) veröffentlichte Studie legt den Grundstein für weitere Untersuchungen zur Maximierung der Vanillin-Produktion auf industriell relevante Werte.
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