Forscher haben einen neuen umweltfreundlichen Kunststoff vorgestellt, der sich in der Tiefsee zersetzt. In einem Tiefseeexperiment zersetzte sich das mikrobiell synthetisierte Poly(D-Lactat- Co -3-Hydroxybutyrat) (LAHB) biologisch, während herkömmliche Kunststoffe wie ein repräsentatives biobasiertes Polylactid (PLA) bestehen blieben. In 855 Metern Tiefe verloren LAHB-Folien nach 13 Monaten über 80 % ihrer Masse, da mikrobielle Biofilme das Material aktiv zersetzten. Dieser Praxistest etabliert LAHB als sichereren biologisch abbaubaren Kunststoff und unterstützt die weltweiten Bemühungen zur Reduzierung von Plastikmüll im Meer.
Trotz der wachsenden Beliebtheit biobasierter Kunststoffe bleibt die Plastikverschmutzung eines der drängendsten Umweltprobleme weltweit. Laut dem Global Plastics Outlook (2022) der OECD wurden 2019 weltweit rund 353 Millionen Tonnen Plastikmüll produziert, von denen fast 1,7 Millionen Tonnen direkt in aquatische Ökosysteme gelangten. Ein Großteil dieses Mülls verfängt sich in großen rotierenden Meeresströmungen, den sogenannten Wirbeln, und bildet die berüchtigten „Müllteppiche“ im Pazifik, Atlantik und Indischen Ozean.
Um dieses Problem zu lösen, suchen Forscher nach Kunststoffen, die in der Tiefsee zuverlässiger abgebaut werden können. Ein vielversprechender Kandidat ist Poly( d -lactat- co -3-hydroxybutyrat) oder LAHB, ein lactatbasierter Polyester, der mithilfe gentechnisch veränderter Escherichia coli biosynthetisiert wird . LAHB hat bisher großes Potenzial als biologisch abbaubares Polymer gezeigt, das sich sowohl in Flusswasser als auch in flachem Meerwasser zersetzt.
In einer Studie, die am 1. Juli 2025 online verfügbar und am 1. Oktober 2025 in Band 240 der Fachzeitschrift „Polymer Degradation and Stability “ veröffentlicht wurde, haben japanische Forscher nun erstmals gezeigt, dass LAHB auch unter Tiefseebedingungen biologisch abgebaut werden kann, wo niedrige Temperaturen, hoher Druck und zu geringe Nährstoffe den Abbau von Kunststoff extrem erschweren. Die Studie wurde von Professor Seiichi Taguchi vom Institute for Aqua Regeneration der Shinshu University, Japan, gemeinsam mit Dr. Shun’ichi Ishii von der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), Japan, und Professor Ken-ichi Kasuya vom Gunma University Center for Food Science and Wellness, Japan, geleitet.
„Unsere Studie zeigt zum ersten Mal, dass LAHB, ein mikrobieller Polyester auf Laktatbasis, sogar auf dem Tiefseeboden aktiv biologisch abgebaut und vollständig mineralisiert wird, wo herkömmliches PLA völlig unabbaubar ist“, erklärt Prof. Taguchi.
Das Forschungsteam versenkte zwei Arten von LAHB-Folien – eine mit etwa 6 % Milchsäure (P6LAHB) und eine mit 13 % Milchsäure (P13LAHB) – neben einer herkömmlichen PLA-Folie zum Vergleich. Die Proben wurden in einer Tiefe von 855 Metern nahe der Insel Hatsushima versenkt, wo Tiefseebedingungen, kalte Temperaturen (3,6 °C), hoher Salzgehalt und niedriger Sauerstoffgehalt es Mikroben erschweren, Kunststoff abzubauen.
Nach 7 und 13 Monaten Eintauchen zeigten die LAHB-Folien deutliche Anzeichen von biologischem Abbau unter Tiefseebedingungen. Die P13LAHB-Folie verlor nach 7 Monaten 30,9 % und nach 13 Monaten über 82 % ihres Gewichts. Die P6LAHB-Folie zeigte ähnliche Tendenzen. Im Gegensatz dazu zeigte die PLA-Folie im gleichen Zeitraum weder messbaren Gewichtsverlust noch sichtbaren Abbau, was ihre Widerstandsfähigkeit gegen mikrobiellen Abbau unterstreicht. Die Oberflächen der LAHB-Folien hatten Risse gebildet und waren mit Biofilmen aus ovalen und stäbchenförmigen Mikroben bedeckt. Dies deutet darauf hin, dass Tiefseemikroorganismen den LAHB-Kunststoff besiedelten und zersetzten. Die PLA-Folie blieb hingegen völlig frei von Biofilm.
Um zu verstehen, wie sich der Kunststoff zersetzt, analysierten die Forscher die Plastisphäre, die mikrobielle Gemeinschaft, die sich auf der Oberfläche des Kunststoffs bildete. Sie fanden heraus, dass verschiedene mikrobielle Gruppen unterschiedliche Rollen spielten. Dominante Gammaproteobakterien-Gattungen, darunter Colwellia , Pseudoteredinibacter , Agarilytica und UBA7957, produzierten spezielle Enzyme, die als extrazelluläre Poly[3-hydroxybutyrat (3HB)]-Depolymerasen bezeichnet werden. Diese Enzyme zerlegen lange Polymerketten in kleinere Fragmente wie Dimere und Trimere. Bestimmte Arten, etwa UBA7959, produzieren auch Oligomerhydrolasen (wie PhaZ2), die diese Fragmente weiter spalten und 3HB–3HB- oder 3HB–LA-Dimere in ihre Monomere zerlegen.
Sobald die Polymere in diese einfacheren Bausteine zerlegt sind, setzen andere Mikroben, darunter verschiedene Alpha-Proteobakterien und Desulfobacterota, den Prozess fort, indem sie die Monomere wie 3HB und Laktat verbrauchen. Gemeinsam wandeln diese mikrobiellen Gemeinschaften den Kunststoff schließlich in Kohlendioxid, Wasser und andere harmlose Verbindungen um, die idealerweise in das marine Ökosystem zurückkehren.
Die Ergebnisse dieser Studie schließen eine kritische Lücke in unserem Verständnis des Abbaus biobasierter Kunststoffe in abgelegenen Meeresumgebungen. Ihre nachgewiesene biologische Abbaubarkeit macht sie zu einer vielversprechenden Option für die Entwicklung sichererer und biologisch abbaubarerer Materialien.
Credits
Japanische Agentur für Meeres und Erdwissenschaften und Technologie JAMSTEC
