(Vicki Smith/Getty Images) Mikroben, die aus den Mägen von Kühen gefischt werden, können bestimmte Arten von Kunststoffen fressen, darunter Polyethylenterephthalat (PET), das in Limonadenflaschen, Lebensmittelverpackungen und synthetischen Stoffen verwendet wird.
Wissenschaftler entdeckten diese Mikroben in einer Flüssigkeit, die aus dem Pansen, dem größten Raum eines Wiederkäuers, entnommen wurde Magen ; Zu den Wiederkäuern gehören Huftiere wie Rinder und Schafe, die auf Mikroorganismen angewiesen sind, die ihnen dabei helfen, ihre Nahrung aus grober Vegetation abzubauen.
Der Pansen fungiert als Brutkasten für diese Mikroben, die von einer Kuh oder einem anderen Wiederkäuer verzehrte Nahrung entweder verdauen oder fermentieren, so die Studie Universität von Minnesota .
Die Forscher vermuteten, dass einige im Pansen einer Kuh lauernde Mikroben in der Lage sein sollten, Polyester zu verdauen, also Stoffe, deren Molekülbestandteile durch sogenannte Estergruppen verbunden sind.
Das liegt daran, dass Kühe aufgrund ihrer pflanzenfressenden Ernährung einen natürlichen, von Pflanzen produzierten Polyester namens Cutin zu sich nehmen. Als synthetischer Polyester hat PET eine ähnliche chemische Struktur wie dieser natürliche Stoff.
Cutin macht den größten Teil der Kutikula oder der wachsartigen Außenschicht pflanzlicher Zellwände aus und kommt beispielsweise reichlich in den Schalen von Tomaten und Äpfeln vor, sagte die korrespondierende Autorin Doris Ribitsch, eine leitende Wissenschaftlerin an der University of Natural Ressourcen und Lebenswissenschaften in Wien.
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„Wenn Pilze oder Bakterien in solche Früchte eindringen wollen, produzieren sie.“ Enzyme die in der Lage sind, dieses Cutin zu spalten oder die chemischen Bindungen innerhalb der Substanz aufzuspalten, sagte Ribitsch gegenüber WordsSideKick.com.
Insbesondere kann eine Klasse von Enzymen namens Cutinasen Cutin hydrolysieren, was bedeutet, dass sie eine chemische Reaktion in Gang setzen, bei der Wassermoleküle die Substanz in Stücke zerlegen.
Ribitsch und ihre Kollegen haben in der Vergangenheit solche Enzyme aus Mikroben isoliert und erkannt, dass Kühe eine Quelle ähnlicher Polyester fressender Käfer sein könnten.
„Diese Tiere fressen und zersetzen viel Pflanzenmaterial, daher ist es sehr wahrscheinlich, dass man solche Mikroben im Magen von Kühen findet“, sagte sie.
Und tatsächlich in ihrer neuen Studie, die am Freitag (2. Juli) in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Grenzen in Bioingenieurwesen und Biotechnologie , fanden die Forscher heraus, dass Mikroben aus dem Kuhpansen nicht nur PET, sondern auch zwei andere abbauen können Kunststoffe – Polybutylenadipatterephthalat (PBAT), das in kompostierbaren Plastiktüten verwendet wird, und Polyethylenfuranoat (PEF), hergestellt aus erneuerbaren, pflanzlichen Materialien.
Um zu beurteilen, wie gut diese im Pansen vorkommenden Mikroben Plastik fressen können, inkubierte das Team jede Art von Plastik ein bis drei Tage lang in Pansenflüssigkeit. Anschließend konnten sie die von den Kunststoffen freigesetzten Nebenprodukte messen, um festzustellen, ob und wie stark die Insekten die Materialien in ihre Bestandteile zerlegten.
Die Pansenflüssigkeit baute das PEF am effizientesten ab, baute jedoch alle drei Arten von Kunststoff ab, berichtete das Team.
Anschließend nahm das Team Proben DNA aus der Pansenflüssigkeit, um eine Vorstellung davon zu bekommen, welche spezifischen Mikroben für den Kunststoffabbau verantwortlich sein könnten. Etwa 98 Prozent der DNA gehörten dazu Bakterien Königreich, wobei die vorherrschende Gattung ist Pseudomonas Berichten in der Zeitschrift zufolge haben mehrere Arten in der Vergangenheit gezeigt, dass sie Kunststoffe abbauen Angewandte Mikrobiologie und Biotechnologie und das Zeitschrift für gefährliche Materialien .
Bakterien der Gattung Acinetobacter tauchten auch in großen Mengen in der Flüssigkeit auf, und außerdem wurde gezeigt, dass mehrere Arten innerhalb der Gattung synthetische Polyester abbauen, wie aus einem Bericht aus dem Jahr 2017 hervorgeht Zeitschrift für Agrar- und Lebensmittelchemie .
Künftig wollen Ribitsch und ihr Team die plastikfressenden Bakterien in der Pansenflüssigkeit vollständig charakterisieren und bestimmen, welche spezifischen Enzyme die Bakterien zum Abbau des Plastiks verwenden.
Wenn sie Enzyme identifizieren, die möglicherweise für das Recycling nützlich sein könnten, können sie Mikroben gentechnisch verändern, die diese Enzyme in großen Mengen produzieren, ohne dass diese Mikroben direkt aus Kuhmägen gesammelt werden müssen.
Auf diese Weise könnten Enzyme einfach und kostengünstig für den Einsatz im industriellen Maßstab hergestellt werden, sagte Ribitsch.
In diesem Sinne haben Ribitsch und ihr Team bereits eine Recyclingmethode patentiert, bei der Textilmaterialien nacheinander verschiedenen Enzymen ausgesetzt werden; Das Team identifizierte diese Enzyme in früheren Arbeiten.
Die erste Enzymladung zerfrisst Stofffasern im Material, während die nächste Enzymladung bestimmte Polyester angreift. Dies funktioniert, weil jedes Enzym auf sehr spezifische chemische Strukturen abzielt und daher nicht einfach jedes Material, auf das es trifft, abbaut.
Auf diese Weise könnten Textilien, die aus mehreren Materialien bestehen, recycelt werden, ohne sie zuvor in ihre Bestandteile zu trennen, erklärte Ribitsch.
Laut der neuen Studie stellen Kuhpansen möglicherweise eine weitere Umgebung dar, in der sich diese Art hilfreicher Enzyme entdecken lässt, aber solche Enzyme kommen an vielen Orten in der Natur vor, sagte David Levin, Molekularbiologe und Biotechnologe am Department of Biosystems Engineering der University of Manitoba wer nicht an der Forschung beteiligt war.
Beispielsweise wurde festgestellt, dass das erste Bakterium PET konsumieren kann Ideonella sakaiensis , eine Art, die an der Sake-Fermentation beteiligt ist, sagte Levin. Bestimmte Meeresorganismen scheiden Cutinasen aus, die Plastik abbauen können, ebenso wie verschiedene Pilze, die Landpflanzen infizieren, bemerkte er.
Bisher hatten Wissenschaftler Glück bei der Suche nach plastikfressenden Enzymen, die PET und biologisch abbaubare Kunststoffe wie PBAT und PEF abbauen, aber jetzt liegt die eigentliche Herausforderung darin, Enzyme zu finden, die problematischere Kunststoffprodukte abbauen, sagte Levin.
Kunststoffe wie Polyethylen und Polypropylen bestehen beispielsweise größtenteils aus starken Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen, und diese Struktur schränkt die Fähigkeit von Enzymen ein, die Moleküle festzuhalten und die Hydrolyse anzukurbeln, sagte Ribitsch.
Während Wissenschaftler also bereits Enzyme zum Abbau von PET entdeckt, charakterisiert und kommerzialisiert haben, sind Forscher immer noch auf der Suche nach Mikroben, die mit Polyethylen und Polypropylen umgehen können, sagte Levin.
Levin und sein Labor haben an dieser Front einige vielversprechende Kandidaten identifiziert, aber sie überlegen immer noch, wie sie die Fähigkeit der Käfer, Plastik zu fressen, maximieren können.
Ribitsch sagte, ihr Team habe auch nach Mikroben Ausschau gehalten, die Polyethylen fressen können, und frage sich, ob die Käfer möglicherweise im Magen von Kühen lauern.
„Vielleicht können wir in so großen Gemeinschaften, wie in der Pansenflüssigkeit, Enzyme finden, die auch Polypropylen und Polyethylen abbauen können“, sagte sie.
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Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Live-Wissenschaft . Lesen Sie den Originalartikel Hier .