Würmer fressen Plastik in 24 Stunden: Die überraschende natürliche Lösung der Wissenschaftler zur Bekämpfung Plastik
Forscher haben herausgefunden, dass der Speichel von Wachswürmern und die darin enthaltenen Enzyme der Schlüssel zum Abbau von Polyethylen sind. Dies wird als biologische Lösung für die Krise der Plastikverschmutzung angesehen.
Kunststoffe sind in jeden Aspekt unseres modernen Lebens eingedrungen, von Lebensmittelverpackungen bis hin zu unserer Kleidung. Obwohl sie aufgrund ihrer Zweckmäßigkeit und ihrer geringen Kosten allgegenwärtig sind, haben ihre immense Produktion und vor allem ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber biologischem Abbau eine globale Umweltverschmutzungskrise ausgelöst. Millionen von Tonnen Polyethylen (PE) sind mit einem Anteil von etwa 30 % die weltweit am meisten produzierte Kunststoffart, und ihre Produktion nimmt jedes Jahr erheblich zu.
Außerdem sind sie in der Umwelt langlebig und reichern sich über Jahrhunderte in Deponien und Ökosystemen an. Dieses drängende Problem erfordert innovative Lösungen, die über das herkömmliche Recycling hinausgehen. Derzeit ist das werkstoffliche Recycling die einzige Möglichkeit, Kunststoffabfälle in großem Maßstab zu entsorgen, doch stößt es auf erhebliche Einschränkungen. Faktoren wie die begrenzte Anzahl von Kunststoffen, die für dieses Verfahren geeignet sind, und die minderwertige Qualität der Sekundärprodukte schränken sein Potenzial stark ein.
Andererseits gibt es das chemische Recycling, bei dem versucht wird, Kunststoffe aufzuspalten, um kleinere Zwischenprodukte zu verwenden, aber die hohen Energiekosten behindern das Verfahren und gewährleisten seine Funktionalität. Daher ist die Suche nach Alternativen unerlässlich.
Angesichts dieser monumentalen Herausforderung sucht die wissenschaftliche Gemeinschaft weiter nach kreativen Alternativen. In den letzten Jahren wurden mehrere Bakterien, Pilze und andere Arten identifiziert, die die überraschende Fähigkeit besitzen, Kunststoffe abzubauen.
Wattwürmer im Kampf gegen die Umweltverschmutzung
Im Jahr 2017 machte Federica Bertocchini, Forscherin am Spanischen Nationalen Forschungsrat (CSIC) und Hobby-Imkerin, eine erstaunliche Entdeckung: Sie entdeckte zufällig einen vielversprechenden neuen Forschungsweg zur Bekämpfung der Polyethylen-Verschmutzung.
Bertocchini bemerkte, dass einige Würmer, die später als Wachs- oder Honigwürmer (Galleria mellonella) identifiziert wurden, eine Plastiktüte durchlöchert hatten, in die sie sie vorübergehend gelegt hatte. Zu ihrem Erstaunen ernährten sich diese Insekten von dem Polyethylen. Diese Entdeckung war bedeutsam, da sie eine ungewöhnliche biologische Perspektive für die Zersetzung eines so widerspenstigen Materials bot, das Jahrzehnte oder Jahrhunderte brauchen kann, um sich auf natürliche Weise vollständig abzubauen.
Nachfolgende Forschungsarbeiten vertieften diesen biologischen Mechanismus. Im Jahr 2022 entdeckte das Team von Bertocchini das Geheimnis hinter der erstaunlichen Fähigkeit des Wurms: Sein Speichel enthält spezifische Enzyme, die zur Familie der Phenoloxidasen gehören.
Diese Enzyme sind in der Lage, die Oxidation von Polyethylen effizient und vor allem bei Raumtemperatur einzuleiten. Diese molekulare Entdeckung ist von entscheidender Bedeutung, da die Oxidation der erste und schwierigste Schritt beim biologischen Abbau von PE ist und im Allgemeinen durch abiotische Faktoren wie Licht oder Temperatur angetrieben wird.
Zersetzungsmechanismen
Professor Bryan Cassone vom Fachbereich Biologie der Universität Brandon hat eine Studie durchgeführt, um diese biologischen Mechanismen weiter zu entschlüsseln. Seine Forschung bestätigt, dass der Wachswurm die bemerkenswerte Fähigkeit besitzt, Kunststoffe innerhalb weniger Tage in beeindruckender Geschwindigkeit abzubauen. Er stellt fest: "Etwa 2.000 Wachswürmer können einen ganzen Polyethylenbeutel in nur 24 Stunden abbauen". "Diese Abbaugeschwindigkeit lässt auf ein echtes Potenzial für praktische Anwendungen schließen."
Cassones Studie hat auch Aufschluss darüber gegeben, wie die Würmer Plastik verarbeiten: Sie wandeln es in Lipide um, die sie dann als Körperfett speichern, ähnlich wie der Mensch Fett speichert. Eine Ernährung, die ausschließlich aus Plastik besteht, führt jedoch zu einem schnellen Tod der Würmer, die nicht länger als ein paar Tage überleben und erheblich an Masse verlieren. Dies macht eine Nahrungsergänzung erforderlich, um ihre Gesundheit zu erhalten. Trotz dieses Nachteils bleibt Cassones Team optimistisch und glaubt, dass sie ein Superfood entwickeln können, das die körperliche Verfassung der Würmer nicht nur aufrechterhält, sondern sogar verbessert.
Zwei Hauptursachen für die Plastikkrise
Massenaufzucht von Würmern mit einer polyethylenhaltigen Ernährung im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft oder Umgestaltung des biologischen Abbaus von Kunststoffen außerhalb des Tieres unter Nutzung der neu entdeckten Enzyme.
Gründliche Untersuchungen des Speichels von Wachswürmern ergaben, dass zwei wichtige Enzyme, die so genannten PEasen, vorhanden sind: Demetra und Ceres. Dies sind die ersten bekannten Enzyme, die in der Lage sind, Polyethylenfolien bei Raumtemperatur und in sehr kurzer Zeit zu oxidieren und zu depolymerisieren, wobei Ketone und andere niedermolekulare Nebenprodukte entstehen. Diese Entdeckung ist revolutionär, denn sie überwindet den abiotischen Oxidationsengpass, der den Fortschritt des biologischen Abbaus von PE begrenzt hat.
Die Existenz dieser Insektenenzyme, die ohne Vorbehandlung und unter Umgebungsbedingungen arbeiten, stellt ein vielversprechendes alternatives Paradigma für den biologischen Abbau von PE dar. Dies eröffnet nicht nur einen neuen Weg für das Recycling oder Upcycling von Kunststoffkomponenten, sondern deutet auch darauf hin, dass der Speichel von Insekten ein riesiges Reservoir an abbauenden Enzymen darstellen könnte. Diese Forschung bringt die Möglichkeit einer Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe erheblich voran.
Quellenhinweis:
Sanluis-Verdes, A., Colomer-Vidal, P., Rodriguez-Ventura, F. et al. Wax worm saliva and the enzymes therein are the key to polyethylene degradation by Galleria mellonella. Nat Commun 13, 5568 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33127-w