Biokräfte: Mikroben verwandeln Plastikmüll in Paracetamol
Paracetamol aus Plastik? Forschende zeigen, wie E. coli mithilfe einer biokompatiblen Umlagerung PET-Flaschen in Schmerzmittel verwandelt.
Paracetamol wird traditionell aus fossilen Rohstoffen hergestellt - nun geht es auch mit Hilfe von Plastikmüll.
Foto: [M] Smarterpix / Fahroni / lifeking83 / Dominik Hochwarth
Ein Forschungsteam aus Edinburgh hat E. coli-Bakterien so verändert, dass sie Plastikflaschen in Paracetamol umwandeln können. Der biotechnologische Prozess spart CO₂, benötigt keine fossilen Rohstoffe und könnte eine nachhaltige Medikamentenproduktion ermöglichen. Die Schlüsselreaktion – eine sogenannte Lossen-Umlagerung – wurde erstmals in lebenden Zellen beobachtet.
Inhaltsverzeichnis
Alternative Herstellung von Paracetamol
Paracetamol ist eines der weltweit meistverwendeten Schmerzmittel. Doch seine Herstellung basiert bislang auf fossilen Rohstoffen wie Rohöl. Der Energieaufwand ist hoch, die CO₂-Bilanz belastet. Forschende der Universität Edinburgh haben nun einen alternativen Ansatz vorgestellt: Mit Hilfe genetisch veränderter Mikroben lässt sich das Medikament aus Kunststoffabfall herstellen – ganz ohne fossile Energiequellen.
Das Team rund um Professor Stephen Wallace konnte zeigen, dass die Umwandlung von Plastik in Paracetamol in lebenden Bakterien möglich ist. Dabei kommen genetisch modifizierte Escherichia coli zum Einsatz. Der Prozess findet bei Raumtemperatur statt, ist nahezu emissionsfrei und liefert vielversprechende Ergebnisse.
Paracetamol – kurz erklärt
Wirkstoffname: Paracetamol (auch: Acetaminophen)
Verwendung: Schmerzmittel und fiebersenkendes Medikament
Wirkweise: Hemmt die Bildung von Prostaglandinen im Gehirn, die Schmerz- und Fieberreize vermitteln
Anwendungsgebiete: Kopfschmerzen, Zahnschmerzen, Erkältungssymptome, Fieber
Besonderheiten: Gut verträglich, aber bei Überdosierung lebertoxisch
Traditionelle Herstellung: Auf Basis fossiler Rohstoffe (z. B. Phenol aus Erdöl)
PET-Abfall als Ausgangsstoff
Im Fokus steht ein Kunststoff, der in vielen Haushalten vorkommt: Polyethylenterephthalat (PET). Ob als Wasserflasche oder Verpackung – PET ist leicht, robust und weltweit verbreitet. Gleichzeitig gehört es zu den größten Umweltproblemen: Jährlich entstehen über 350 Millionen Tonnen Plastikmüll, ein Großteil davon PET.
PET lässt sich zwar technisch recyceln, doch die herkömmlichen Verfahren führen meist zu minderwertigen Materialien, die erneut entsorgt werden müssen. Genau hier setzt der neue Ansatz an – indem aus Abfall ein wertvolles Produkt wird: ein pharmazeutischer Wirkstoff.
Die Rolle der Bakterien
Der Clou des Verfahrens liegt in der Umprogrammierung von E. coli. Die Bakterien wurden so verändert, dass sie ein aus PET gewonnenes Zwischenprodukt – Terephthalsäure – verarbeiten können. Über mehrere Reaktionsschritte entsteht daraus schließlich Paracetamol.
Zunächst wandeln die Bakterien das PET-Derivat in ein Molekül namens PABA um (para-Aminobenzoesäure), das in der Natur zur DNA-Synthese dient. Danach übernehmen zwei zusätzliche Gene aus Pilzen und Bodenbakterien die Umwandlung in Paracetamol. Innerhalb von 24 Stunden entsteht so der Wirkstoff – ohne klassische chemische Synthese, ohne Hochtemperaturreaktoren und ohne Schadstoffe.
Biokompatible Lossen-Umlagerung – ein chemischer Meilenstein
Ein zentrales Element des Verfahrens ist eine chemische Reaktion namens Lossen-Umlagerung. Diese war bislang nur aus der organischen Chemie bekannt, wo sie unter Einsatz von Hitze und Metallen abläuft. Nun gelang es erstmals, diese Reaktion in lebenden Bakterienzellen durchzuführen – biokompatibel und ohne toxische Nebenprodukte.
Die Forschenden blockierten gezielt die natürliche Herstellung von PABA in den Bakterien. So konnten diese nur über die Lossen-Umlagerung überleben – ein eleganter Beweis für die Funktion der Reaktion im Zellinneren. Der Katalysator war überraschend einfach: ein natürliches Phosphat aus dem Zellmedium.
Industrielle Relevanz – aber noch kein Massenprodukt
Noch befindet sich das Verfahren im Labormaßstab. In ersten Tests lag die Ausbeute bei rund 90 % reinem Paracetamol. Bevor eine industrielle Umsetzung möglich ist, sind weitere Optimierungen nötig. Dazu zählen die Verbesserung der Bakterienstämme, eine präzise Steuerung des Stoffwechsels sowie die Skalierbarkeit des Fermentationsverfahrens.
Dennoch zeigt der Ansatz, wie Biotechnologie chemische Prozesse ersetzen kann – nicht nur effizient, sondern auch umweltfreundlich. Die Methode könnte zur nachhaltigen Herstellung weiterer Medikamente oder sogar von Kunststoffen und Chemikalien genutzt werden.
Perspektive: Arzneimittel aus Abfall
Der neue Weg bietet gleich mehrere Vorteile. Er reduziert den Bedarf an fossilen Rohstoffen. Er vermeidet CO₂-Emissionen. Und er schafft neue Wege zur Verwertung von Plastikmüll. Damit adressiert das Projekt gleich zwei drängende Probleme unserer Zeit: Umweltverschmutzung und klimaschädliche Produktionsmethoden.
„Diese Arbeit zeigt, dass PET-Kunststoff nicht nur Abfall oder ein Material ist, das zu noch mehr Plastik wird, sondern durch Mikroorganismen in wertvolle neue Produkte umgewandelt werden kann – darunter auch solche mit Potenzial für die Behandlung von Krankheiten“, erklärt Professor Wallace.
Ein Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft
Das Team in Edinburgh will die Methode weiterentwickeln. Ziel ist es, eine „mikrobielle Fabrik“ zu schaffen, die nicht nur Paracetamol, sondern auch andere Wirkstoffe aus Abfallstoffen produziert. Damit könnte die chemische Industrie langfristig unabhängiger von Erdöl werden.
„Die biologische Technik bietet ein immenses Potenzial, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu durchbrechen, eine Kreislaufwirtschaft aufzubauen und nachhaltige Chemikalien und Materialien zu entwickeln“, so Ian Hatch von Edinburgh Innovations.
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