Pilze aus Raupendärmen könnten Polystyrol abbauen

Die Polystyrolproduktion nimmt jedes Jahr rasant zu. Marktstudien zufolge könnte sie bis 2034 auf rund 62 Millionen Tonnen steigen.

Bislang gibt es keine überzeugende Methode, dieses Material zu recyceln. Deshalb landet der Großteil des Polystyrols derzeit auf Deponien.

Pilze aus Raupendärmen gegen Polystyrol

Auf der Suche nach Lösungen wenden sich Forschende der Natur zu. Sie haben bereits zahlreiche Insekten entdeckt, die unser Plastikproblem offenbar regelrecht auffressen können. Allerdings ist noch unklar, was genau mit dem Kunststoff geschieht und auf welche Weise diese Larven ihn zersetzen.

Eine kürzlich in der Fachzeitschrift BMC Microbiology veröffentlichte Studie deutet darauf hin, dass Pilze dabei eine deutlich größere Rolle spielen könnten als bisher angenommen.

Der Biochemiker Flávio Henrique Silva von der Bundesuniversität von São Carlos in Brasilien leitete eine Reihe von Experimenten. Dabei wurden vier Pilztypen im Darm von Baumwollkapselwurmlarven (Helicoverpa armigera) identifiziert, die offenbar Polystyrol biologisch abbauen können.

Expandierter Polystyrolschaum (EPS) wird häufig für Kaffeebecher, Kühlschrankisolierungen und Verpackungen für Elektronik eingesetzt. Genau diese Polystyrolvariante erhielten die Raupen zunächst als Futter, um ihre Darmflora zu untersuchen.

Über einen Zeitraum von sieben Tagen bekam ein Teil der Raupen ausschließlich EPS, eine weitere Gruppe eine übliche im Labor hergestellte Raupennahrung. Die übrigen Tiere erhielten eine Mischung im Verhältnis 50:50.

„Raupen, die mit EPS gefüttert wurden, wiesen eindeutig höhere Mengen von Aspergillus, Trematosphaeria, Metarhizium und Talaromyces auf als Tiere, die kein EPS erhielten“, berichten Silva und sein Team in ihrer veröffentlichten Arbeit.

„Bei der Mischkost beobachteten wir einen zunehmenden Anteil der Hefen Cryptococcus und Malassezia.“

Polystyrolfilme zeigen Spuren des Pilzwachstums

Anschließend isolierte das Forschungsteam vier Pilzarten aus den Raupendärmen, um ihre Fähigkeit zur Verdauung von Polystyrol zu prüfen.

Diesen Pilzen wurde eine andere Polystyrolform angeboten: in Xylol gelöstes Styropor, das danach getrocknet wurde und einen Film bildete.

Durch dieses Verfahren verschwinden die für Styropor typischen Lufteinschlüsse, sodass ein glatter Film entsteht. Dadurch lassen sich mögliche Auswirkungen der Mikroorganismen besonders gut erkennen, wie auf der untenstehenden Abbildung zu sehen ist.

In den mittleren und rechten Spalten sind Aufnahmen von Polystyrolfilmen bei niedriger und hoher Vergrößerung zu sehen, auf denen jeweils eine von vier Pilzarten gewachsen war.

Diese Pilze – eine Aspergillus-Art, eine Talaromyces-Art und zwei Penicillium-Arten – wuchsen 60 Tage lang auf dem Film, bevor die Bilder mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen wurden.

Für die Aufnahmen wurden die Pilze abgewaschen. Sichtbar blieben die Spuren ihrer Zeit auf dem Kunststoff: eine Reihe von Rinnen und Hohlräumen, die in die Oberfläche des Films eingeätzt waren.

Talaromyces (FFHA02 in den oben gezeigten Bildern) stach besonders hervor. Der Pilz bohrte Löcher in die Kunststoffoberfläche, in die seine Hyphen offenbar eindrangen.

„Wenn der Pilz auf diesem Film wachsen konnte, dann deshalb, weil er den Film als Kohlenstoffquelle – also als Nahrungsquelle – nutzte“, erklärt Silva.

Zum Vergleich sind links Polystyrolfilme zu sehen, die nicht mit Pilzsporen beimpft wurden. Ohne Pilze, die den Kunststoff potenziell abbauen könnten, blieben diese Filme glatt.

Chemischer Abbau von Polystyrol bleibt ungeklärt

Welches chemische Schicksal das Polystyrol in diesen Versuchen nimmt, ist weiterhin ein Rätsel – auch wenn die Pilze offensichtlich etwas damit anstellen.

Die Experimente dokumentierten sichtbare Veränderungen an der Kunststoffoberfläche, liefern aber keine Erkenntnisse über die chemischen Vorgänge, mit denen diese speziellen Pilze das Material „auffressen“.

Der nächste wichtige Schritt besteht darin, diese chemischen Reaktionen und die beteiligten Enzyme zu verstehen. Nur so lässt sich feststellen, ob die Pilze den Kunststoff tatsächlich verdauen oder ihn lediglich in immer kleinere Teile zerlegen – und welche Nebenprodukte bei diesen Reaktionen entstehen könnten.

„Weitere Untersuchungen, etwa mittels Fourier-Transformationsspektroskopie, sollten durchgeführt werden, um Oberflächenveränderungen besser zu charakterisieren, einschließlich der Einbindung sauerstoffbezogener funktioneller Gruppen“, schlagen die Forschenden vor.

Ebenso ist unbekannt, wie viel der Kunststoffproben die Pilze innerhalb von zwei Monaten abbauten. Daher lässt sich nicht beurteilen, wie effizient die Mikroorganismen Polystyrol zersetzen – ein entscheidender Faktor für eine mögliche Skalierung einer solchen Biotechnologie.

Zahlreiche andere Mikroorganismen und Insekten wurden bereits wegen ihrer Fähigkeit zum Kunststoffabbau identifiziert, doch bislang haben sie unser Plastikproblem nicht spürbar verringert. Für Anwendungen im industriellen Maßstab könnte es besser geeignet sein, ihre entscheidenden Enzyme zu isolieren.

„Unsere Ergebnisse deuten auf mögliche zukünftige Anwendungen dieser Pilze und/oder ihrer Gene oder Enzyme im Abbauprozess von Polystyrol hin“, schließen die Forschenden.

Die Studie wurde in BMC Microbiology veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Rachel Garner auf Fakten geprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, aber auch wir sind nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.