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Umweltschutz im AnthropozänJunge Forscher machen Grünalgen Appetit auf Plastik

Zwei junge Forscher (Frau und Mann) im Bio-Labor an der TU Kaiserslautern
Menschengemachte Kreisläufe: Wie bringen wir die Grünalge dazu, Plastik zu zersetzen? An dieser Aufgabe tüfteln derzeit junge Forscher der TU Kaiserslautern. (Foto: © Koziel/TUK)

Wie lassen sich die Massen von Plastikmüll noch in den Griff bekommen? Dazu gibt es ganz verschiedene Ansätze. Auf dem Campus der TU Kaiserslautern will ein studentisches Forscherteam Grünalgen dazu bringen, Plastikabfälle nachhaltig abzubauen.

06.08.2019 – Millionen Tonnen Plastik gelangen jährlich in die Natur, auf Äcker und Böden, in Flüsse, Seen und Meere. Da Plastik kaum verrottet, sammeln sich die Teilchen überall an. Kläranlagen können das in der Regel nicht herausfiltern. So ist Mikroplastik längst in unserer Nahrungskettenkette und in unseren Körpern zu finden.

Mit der Klimaerwärmung und dem zunehmenden Eintrag von Düngemitteln in unsere Gewässer breiten sich auch Grünalgen zunehmend in Gewässern aus. Zu viele Grünalgen entziehen den maritimen Lebewesen wertvollen Sauerstoff; auf den Meeren bilden sich mit zunehmender Wassererwärmung bereits riesige Algenteppiche.

Was der Mensch an Umweltzerstörung geschaffen hat, muss er wieder aufräumen. Aber wie? Algen und Plastik kommen nun in einem biochemischen Prozess zueinander. Denn die Algen lassen sich für den Plastikzerlegungsprozess nutzen. Dafür müssen sie allerdings genetisch manipuliert werden.

Ein studentisches Team im Bachelorstudiengang Biologie an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) will etwas gegen die Plastikverschmutzung unternehmen und entwickelt daher nun im Rahmen eines internationalen Wettbewerbs zur Synthetischen Biologie Grünalgen, die Plastik abbauen sollen.

Der Fokus liegt dabei auf Polyethylenterephthalat oder kurz PET, dem weltweit am häufigsten vorkommenden Kunststoff. Für den Abbau-Prozess benötigen die Grünalgen zwei bestimmte Enzyme, erläutert das Studententeam: Diese spalten das Plastik in zwei Grundbestandteile. Japanische Wissenschaftler hätten diese Enzyme vor ein paar Jahren bei Bakterien gefunden, die auf einer Müllhalde Plastik zersetzt hatten.

Bakterien, die Plastik abbauen, sind nicht neu. Das Kaiserslauterer Team ist nun das erste, das dafür einen höheren Organismus nutzt, sog. Eukaryoten. Diese besitzen im Gegensatz zu Bakterien einen Zellkern.

Im ersten Schritt präparierte das junge Forscher-Team die Grünalge und setzten ihr dabei ein bestimmtes Enzym ein, welches dazu führt, dass die Alge bei Kontakt mit Kunststoff permanent plastikabbauende Enzyme bildet. Diese zerlegen dann wiederum den Kunststoff in seine Grundbausteine. Modular Cloning nennt man das – ein Eingriff in das Erbgut der Alge. Gentechnik für den Umweltschutz, ist das denn wünschenswert? Der Prozess finde unter kontrollierten Bedingungen im Labor statt, erläutern die jungen Forscher. Die gentechnisch veränderte Grünalge werde dabei nicht in die Umwelt freigesetzt, sie wächst im geschlossenen System.

Nun gelte es zu untersuchen, wie viel Plastik die Alge in welcher Zeit abbaut. „Man kann das Verfahren in einem Bioreaktor nutzen“, erläutert Team-Mitglied Adrian Engels. Die beiden Substanzen, in die das PET abgebaut wird, lassen sich wiederverwenden. Hierbei handle es sich um Terephthalsäure und Ethylenglycol. Beide Stoffe könnten beispielweise in der chemischen Industrie in vielen Bereichen zum Einsatz kommen. „Wir hätten so ein geschlossenes Recyclingsystem, bei dem kein Plastik in der Umwelt anfällt.“ Denkbar wäre es zum Beispiel, dass die Technik in einer Kläranlage Verwendung finden kann.

Dass die Studierenden bereits in ihrem Bachelorstudium so selbstständig an einem eigenen Forschungsprojekt arbeiten, haben sie auch der praxisnahen Ausbildung an der TUK zu verdanken. Hier dürfen sie im Labor loslegen, können Forschungsprojekte selbständig durchführen. Doch Forschung ist teuer, und muss teilweise selbst vom Team finanziert werden. Das bedeutet Marketing-Arbeit. Daher haben sie neben der Forschung auch noch eine Crowdfunding-Kampagne gestartet, stellen das Projekt auf ihrer Website und in sozialen Netzwerken vor, sowie in Schulen. na