Bakterien-Polymere revolutionieren Plastikindustrie: umweltfreundlich, biokompatibel und thermisch stabil

BerlinForscher machen Fortschritte bei der Herstellung von bakterienbasierten Polymeren, die die Kunststoffindustrie revolutionieren könnten. Herkömmliche Kunststoffe wie PET und Polystyrol sind wegen ihrer Festigkeit und Hitzebeständigkeit beliebt. Diese Kunststoffe werden jedoch aus Erdöl hergestellt und schaden der Umwelt. Wissenschaftler am Korea Advanced Institute of Science and Technology haben nun einen biologisch abbaubaren Kunststoff entwickelt, der ähnliche Eigenschaften aufweist und mit gentechnisch veränderten Bakterien hergestellt wird.

Wichtige Durchbrüche in dieser Forschung umfassen:

• Entwicklung eines neuartigen Stoffwechselwegs für E. coli zur Herstellung aromatischer Monomere.
• Einsatz von Computersimulationen zur Konstruktion einer hocheffizienten Polymerase.
• Erzeugung eines biologisch abbaubaren Polymers mit vielversprechenden physikalischen Eigenschaften für biomedizinische Anwendungen.

Das neue Polymer, Poly(D-Phenyllactat), ist einzigartig, da es ausschließlich aus aromatischen Monomeren besteht. Frühere Methoden konnten nur Polymere aus einer Mischung von aromatischen und aliphatischen Monomeren herstellen. Wissenschaftler modifizierten Enzyme aus verschiedenen Mikroorganismen, um einen Stoffwechselweg zu entwickeln. Dieser Weg ermöglicht es E. coli, diese normalerweise toxischen aromatischen Verbindungen zu produzieren und zu verarbeiten.

Das Team hat einen bedeutenden Fortschritt erzielt, indem es Computersimulationen nutzte, um ein Polymerase-Enzym zu entwickeln, das diese Monomere effizient zusammenfügt. Natürliche Enzyme arbeiten nicht so gut. Nach vielen Anpassungen produzierten die entwickelten Bakterien 12,3 Gramm pro Liter des Polymers in Fermentationsbehältern. Diese Ausbeute ist vielversprechend, muss jedoch 100 Gramm pro Liter erreichen, um kommerziell rentabel zu sein.

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Dieses Polymer könnte sich für die Medikamentenabgabe als nützlich erweisen, da es im Körper abgebaut wird und bei unterschiedlichen Temperaturen stabil bleibt. Diese Stabilität ist entscheidend, um die Wirksamkeit von Medikamenten zu erhalten. Derzeit ist das Polymer jedoch nicht so robust wie das in der Industrie verwendete Standard-PET, daher bedarf es weiterer Optimierung.

Das Forschungsteam plant, weitere Arten von aromatischen Monomeren zu entwickeln, um Polymere mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften herzustellen. Zudem möchten sie die Produktion erhöhen und den Rückgewinnungsprozess für die kommerzielle Nutzung verbessern. Gelingt ihnen dies, könnte diese Methode viele erdölbasierte Kunststoffe ersetzen und somit zur Verringerung des Klimawandels und des globalen Plastikproblems beitragen.

Diese Forschung wird von Schlüsselorganisationen wie der Nationalen Forschungsstiftung und dem koreanischen Ministerium für Wissenschaft und IKT unterstützt, was ihre potenzielle Bedeutung unterstreicht. Der Erfolg dieser Methode hängt von der fortlaufenden internationalen Zusammenarbeit ab, um sie skalierbar und kostengünstig zu machen. Eine Verbesserung dieser bakterienbasierten Polymere könnte zu nachhaltigeren Produktionsweisen führen.