Bakterien liefern Material für Kunststofftüten

In den Laboren der Polymerforscher etabliert sich eine neue Generation von Bio-Kunststoffen. Bakterien können aus Essensabfällen biologisch abbaubares Plastik herstellen. Aus dem Kunststoff lassen sich wiederum Verpackungen, Flaschen und Tablettenhüllen produzieren.

Egal ob Tragetasche oder Obstbeutel – in Kassel werfen die Bürger ihre Abfälle aus Plastik in die Biotonne. Nicht etwa mangels Sortiervermögen, nein, die 200 000 Kasseler testen seit knapp eineinhalb Jahren kompostierbare Verpackungen aus Bio-Kunststoffen.
Die Aktion ist ein Modellversuch – und wird es vorerst wohl auch bleiben. Folien und Becher, die auf dem Kompost verrotten, schaffen bisher nur selten den Weg in die Supermarktregale. Die Kunststoffe sehen herkömmlichem Plastikmaterial zwar täuschend ähnlich, doch die alternativen Polymere aus Milchsäure oder Stärke sind teuer – sie kosten bis zu vier Mal mehr als das Material aus Erdöl.
Das könnte sich bald ändern. Denn in den Laboren der Polymerforscher etabliert sich inzwischen eine neue Generation von Bio-Kunststoffen: Polyester, den Bakterien üblicherweise als Energiereserve nutzen. „So wie Pflanzen und Tiere Fette oder Glykogen speichern, können viele Mikroorganismen diese Polyester akkumulieren“, erklärt Prof. Alexander Steinbüchel vom Institut für Mikrobiologie der Universität Münster.
Die winzigen Plastikproduzenten leben fast überall. In der Erde, in kleinen Knollen, die an Pflanzenwurzeln haften, in Kläranlagen und im Meer. Es gibt nur wenige Bakterien, die nicht in der Lage sind, Polyester herzustellen. Vorausgesetzt, sie bekommen mehr Kohlenstoff, als sie für ihr Wachstum brauchen. Dann bilden sie kleine Kugeln aus dem Speicherstoff und lagern sie in der Zelle ein – so wie Menschen das Fett auf den Hüften. Die kleinen Perlen, die „Grana“, gewinnen die Forscher, indem sie den Stoff mit Lösungsmitteln aus den Zellen lösen oder mit Enzymen die Zellwand knacken.
„Der Speicherstoff kann einen Anteil an der gesamten Zelltrockenmasse von 90 % haben“, sagt der Mikrobiologe. Die Basismoleküle für das Bakterien-Plastik sind natürliche Fettsäuren. Es gibt etwa 150 solcher Fettsäuren in der Natur, die Bakterien zu langen Ketten und Netzen verknüpfen. Bis zu 100 000 Teilchen – immer nur einer Sorte – verarbeiten die Mikroorganismen zu einem Riesenmolekül.
Noch werden die Polymere in Bioreaktoren produziert, doch das ist für den Alltagsgebrauch, für Joghurtbecher oder Käsefolie, zu teuer. Eine Shampooflasche, die es schon bis in die Regale geschafft hatte, ist an den Kosten gescheitert. Dass die Folien und Flaschen auf dem Kompost restlos verrotten, wird zur Nebensache, wenn ein Becher nur weniger als einen Cent kosten darf.
Die Mikrobiologen arbeiten an einer Strategie, mit der sie das Kostenproblem zu lösen hoffen: Sie wollen die Polyester nicht in Fermentern herstellen, sondern von Pflanzen produzieren lassen. Kartoffel, Raps oder Tomate können eingebaute Bakteriengene ablesen und die Polyester in ihren Zellen lagern. Die Produktionsmenge lässt aber noch zu wünschen übrig, wie Steinbüchel einräumt.
Ihre Biokompatibilität öffnet den Stoffen aus Bakterien das Tor zur Pharmaindustrie. Besonders beliebt sind Polymere aus Buttersäure. Der Vorteil: Sie zersetzen sich langsam im Körper und übrig bleibt nur eine Fettsäure, die ohnehin im Körper vorkommt.
Und die mechanischen Eigenschaften der Bakterienreservestoffe sind durchaus vergleichbar mit den synthetischen Materialien, die von Medizinern als Aderstütze oder Knochennagel verwendet werden.
Den Weg in die Kliniken haben die Biopolyester zwar noch nicht gefunden, doch testen die Wissenschaftler sie bereits als chirurgisches Nahtmaterial und als Retartpräparat. Sie bauen aus ihnen sogar Gerüste für Herzklappen. „Nachdem sich auf dem Gerüst aus Polyhydroxybuttersäure natürliches Gewebe gebildet hat, zersetzt sich das Gerüstmaterial“, sagt Steinbüchel.
Die Bakterien können noch mehr. „Mit ihrer Hilfe wollen wir nachwachsende Rohstoffe in interessante chemische Strukturen überführen“, fasst der Münsteraner zusammen. Die Forscher überzeugen die winzigen Organismen, ein Polyestermolekül aus verschiedenen Bausteinen herzustellen, oder bieten ihnen Bausteine an, die sie in ihrer natürlichen Umgebung nicht finden. Als Polyesterproduzenten taugen sowohl Bakterien aus der Natur als auch gentechnisch veränderte Organismen. Auf diese Weise ließe sich eine gewaltige Bandbreite von Polymeren herstellen. JO SCHILLING