Bioplastik ist keine moderne Erfindung. Natürliche Polymere wie die mikrobiellen Polyhydroxyalkanoate (PHAs) kommen weltweit in Böden, Sedimenten und Gewässern vor. Mikroorganismen wie Bakterien und Archaeen bilden sie, um überschüssigen Kohlenstoff als Energiereserve für schlechte Zeiten zu speichern. Damit zählen diese Biopolymere zu den wenigen natürlich vorkommenden, vollständig biologisch abbaubaren Kunststoffen. Heute werden Polyhydroxyalkanoate auch industriell hergestellt. Dafür werden Bakterien mit Zucker, Stärke oder Pflanzenölen gefüttert und speichern dabei große Mengen PHA, das sich zu formbaren, wasserabweisenden Materialien verarbeiten lässt – eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichem Kunststoff.
Da die Nutzung solcher Biokunststoffe zunimmt, ist es wichtig, auch den natürlichen Abbau von PHA zu verstehen. Bisher wurde angenommen, dass nur die Mikroorganismen selbst diese Speicherstoffe abbauen können. Ob auch Tiere mikrobielle Polyhydroxyalkanoate abbauen und als Energiequelle nutzen können, war bislang nicht bekannt.
Es begann mit einem ungewöhnlichen Meereswurm
Ein Forschungsteam um Caroline Zeidler vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen hat nun untersucht, welche Enzyme Tieren den Bioplastikabbau ermöglichen könnten und wie weit verbreitet diese Fähigkeit im Tierreich ist. Die Forschenden untersuchten zunächst den Meereswurm Olavius algarvensis. Dieser kleine Wurm hat weder Mund noch Darm, sondern ernährt sich von verschiedenen Bakterien, die direkt unter seiner Haut sitzen. Der Wurm züchtet diese symbiontischen Untermieter gewissermaßen in seinem Körper und verdaut sie, wenn er Nahrung benötigt.
Taucher sammeln im Mittelmeer Proben vom Meeresboden, in dem Olavius algarvensis unter Seegraswiesen lebt. — © Kristina Weinert/ MPI für marine Mikrobiologie
„Einer der bakteriellen Symbionten des Wurms speichert enorme Mengen Kohlenstoff in Form von PHA“, berichtet Co-Autorin Nicole Dubilier vom MPI für Marine Mikrobiologie. „Wir wollten wissen, ob der Wurm einen Weg gefunden hat, diese energiereiche Reserve zu nutzen.“ Dazu suchten die Forschenden im Wurm nach einem Enzym, das PHA abbauen kann und prüften mit hochauflösenden Aufnahmen, wo dieses Enzym im Körper des Wurms gebildet wird. Anschließend durchsuchten sie Genomdaten aus dem gesamten Tierreich nach ähnlichen Enzymen und testeten im Labor, ob ausgewählte Enzyme anderer Tierarten ebenfalls mikrobielle PHAs abbauen können.
Plastik-Abbauenzyme in mehr als 66 Tierarten
Das Forschungsteam fand im Wurm ein Enzym, das PHA in kleine Bausteine zerlegt und genau dort gebildet wird, wo der Wurm seine bakteriellen Symbionten verdaut. Das spricht dafür, dass er deren PHA als Energiequelle nutzen kann. Ähnliche Enzyme fanden die Forschenden in mehr als 66 Tierarten aus neun Tierstämmen. Die Laborexperimente bestätigten, dass auch Enzyme aus sehr weit entfernten Tiergruppen, darunter von einem Schwamm, einem Regenwurm und einem Springschwanz, mikrobielle PHAs abbauen können. „Das war die eigentliche Überraschung“, sagt Zeidler. „Es begann mit einem einzelnen Meereswurm und fand sich dann in ganz unterschiedlichen Tieren.“
Die Studie zeigt, dass neben Mikroorganismen auch Tiere am Abbau der natürlichen Biokunststoffe beteiligt sein könnten. Zudem konnten die Forschenden nachweisen, dass manche Tiere auf eine mikrobielle Kohlenstoffreserve zugreifen können, von der bisher angenommen wurde, dass sie nicht nutzbar ist. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese mikrobiellen Speicherstoffe nicht nur Nahrung für Mikroben sind“, sagt Seniorautorin Maggie Sogin vom MPI. „Bioplastik kann auch Nahrung für Tiere sein, wahrscheinlich schon seit Hunderten von Millionen Jahren, und wir entdecken das erst jetzt.“ Die Entdeckung liefert neue Einblicke in das Zusammenspiel von Mikroorganismen und Tieren. Wie stark dieser Prozess in der Natur zum Kohlenstoffkreislauf beiträgt, ist allerdings noch offen.
Quelle: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. Fachartikel: Nature Ecology & Evolution, doi: 10.1038/s41559-026-03153-8
