Sneaker zum Mittagessen: Forscher züchten Kompost-Mikroben, die alte Schuhsohlen fressen
Haben Sie jemals ein abgetragenes Paar Laufschuhe betrachtet und gedacht: „Ein hungriges Bakterium fände diese federnde Schaumstoffsohle bestimmt köstlich“? Herzlichen Glückwunsch: Sie denken exakt wie moderne Biochemiker der Bioprospektion.
Polyurethan (PUR) und Polyamid (Nylon) sind die unangefochtenen Stars moderner Hochleistungsmaterialien. Sie federn unsere Sportschuhe, stützen unsere Matratzen, dämmen Kühlschränke und machen Regenjacken wetterfest. Doch genau jene zähen chemischen Bindungen, die sie unzerstörbar machen, machen sie zum Albtraum für das Recycling: Mechanisches Schreddern zerstört die Polymerketten, und herkömmliches chemisches Recycling benötigt toxische Lösungsmittel und extreme Hitze.
🧫 Expedition in die schmutzigsten Ecken
Weil die Natur das beste Chemielabor der Welt ist, suchte ein Team der Universität Aarhus und des Dänischen Technologischen Instituts an den am stärksten belasteten Orten:
- Extremes Sammeln: Die Forscher nahmen Proben von einer riesigen Mülldeponie in Kenia, aus dem dänischen Tropenzoo Randers Regnskov, aus heißen Komposthaufen und sogar aus den Därmen von Insektenlarven.
- Leuchtende Sensorik: Mithilfe fluoreszierender molekularer Sonden spürten sie Bakterien auf, die unter Laserlicht aufleuchteten, sobald sie chemische Bindungen von PUR und Nylon spalteten.
- Die Ausbeute: 29 plastikabbauende Bakterienstämme und 12 hochaktive Enzyme wurden erfolgreich isoliert.
Der Spitzenreiter war das Bakterium Chelatococcus composti aus einem dänischen Komposthaufen, das die Polyurethan-Hydrolase CcPUR1 produziert. In ihrer Wildform baute sie in drei Tagen weniger als 1 % des Schaums ab. Doch die Forscher wollten mehr Tempo.
Zusammen mit Strukturbiologen der Universität Porto simulierten sie das Enzym auf Supercomputern und setzten gezielte genetische Mutationen. Das Resultat: Das modifizierte Enzym konnte echtes, unbehandeltes Schaumstoffmaterial aus kommerziellen Schuhsohlen innerhalb von 72 Stunden um 1,4 % abbauen – ohne giftige Säuren oder Vorbehandlung.
👟 Der enzymatische Recycling-Cocktail
Da Enzyme extrem wählerisch arbeiten, planen die Wissenschaftler einen stufenweisen Bioreaktor: Ein Enzym löst den Schaumstoff in reine Grundbausteine auf, während ein zweites die Nylonfasern spaltet – ganz ohne giftige Rückstände.
Auch wenn bis zum industriellen Schuhe-verdauenden Bioreaktor noch Entwicklungsarbeit nötig ist: Die in Angewandte Chemie und Chem Catalysis veröffentlichte Studie beweist, dass Mikroben bereits lernen, unsere Kunststoffberge zu vertilgen – Bissen für Bissen.
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