Natürliches Bioplastik als Nahrungsquelle für Tiere
Eine aktuelle Untersuchung bringt neue Erkenntnisse über den Abbau von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) in natürlichen Ökosystemen zu Tage.
Kernaussagen
- Darmloser Meereswurm: Der kleine Meereswurm Olavius algarvensis besitzt weder Darm noch Ausscheidungsorgane. Er lebt in Symbiose mit Bakterien unter seiner Haut und nutzt PHA als Energiequelle.
- Verbreitung von PHA-abbauenden Enzymen: Verwandte Enzyme, die PHA abbauen, wurden in über 66 Tierarten aus neun verschiedenen Tierstämmen nachgewiesen, darunter Meereswürmer, Seesterne, Regenwürmer und Schwämme.
- Bedeutung für Nachhaltigkeit und Forschung: Das Verständnis des natürlichen Abbaus von PHAs ist entscheidend für deren nachhaltigen Einsatz als Alternative zu konventionellen Kunststoffen.
Hintergrund
Bioplastik wird häufig als eine moderne Entwicklung betrachtet, doch Mikroorganismen produzieren solche Stoffe bereits seit Langem. Viele Bakterien und Archaeen synthetisieren Polyhydroxyalkanoate (PHAs), die sie als Kohlenstoff- und Energiespeicher in ihren Zellen anlegen.
Bislang ging man davon aus, dass ausschließlich Mikroorganismen diese Speicherstoffe abbauen können. Forschende des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie in Bremen haben jedoch nachgewiesen, dass auch Tiere über Enzyme verfügen, die mikrobielle PHAs zersetzen. Diese Entdeckung zeigt, dass Kohlenstoff aus mikrobiellen Quellen über einen bislang wenig beachteten Weg in tierische Nahrungsketten gelangen kann.
Untersuchung des Meereswurms Olavius algarvensis
Die Forschung begann mit dem ungewöhnlichen Meereswurm Olavius algarvensis, der keinen Mund und Darm besitzt. Er lebt von symbiotischen Bakterien, die unter seiner Haut angesiedelt sind. Diese Bakterien speichern große Mengen Kohlenstoff in Form von PHA. Die Wissenschaftler wollten klären, ob der Wurm diese Kohlenstoffreserve nutzen kann.
Die Ergebnisse zeigten, dass der Wurm ein Enzym produziert, das mikrobielle PHAs in kleinere Bausteine zerlegt, die er als Energiequelle verwerten kann. Hochauflösende Bildgebungsverfahren belegten, dass das Enzym genau an den Stellen gebildet wird, an denen die Symbionten verdaut werden.
Nachweis ähnlicher Enzyme in weiteren Tierarten
Eine umfassende Analyse von Genomdaten aus verschiedenen Tiergruppen ergab, dass verwandte PHA-abbauende Enzyme in mehr als 66 Arten aus neun Tierstämmen vorkommen. Laborexperimente bestätigten die Funktion dieser Enzyme bei Tieren wie Schwämmen, Regenwürmern und Springschwänzen. Diese Erkenntnis erweitert das Verständnis der Rolle von Tieren im Kohlenstoffkreislauf erheblich.
Bedeutung für den Kohlenstoffkreislauf und Bioplastik
PHAs sind weltweit in Böden, Sedimenten und Gewässern verbreitet, wo sie von Mikroorganismen als Kohlenstoffspeicher gebildet werden. Sie zählen zu den wenigen natürlich vorkommenden Kunststoffen, die biologisch vollständig abbaubar sind. Da PHAs zunehmend als nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen verwendet werden, ist das Verständnis ihres natürlichen Abbaus von großer Bedeutung.
Die Studie legt nahe, dass Tiere neben Mikroorganismen eine wichtige Rolle beim Abbau dieser Biokunststoffe spielen und somit auf mikrobielle Kohlenstoffreserven zugreifen können, die bisher als unzugänglich galten. Dies könnte bedeuten, dass Bioplastik seit Hunderten von Millionen Jahren als Nahrungsquelle für Tiere dient.
Industrielle Nutzung von PHA-Bioplastik
PHAs werden nicht nur von Mikroorganismen als Speicherstoffe genutzt, sondern auch industriell zur Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe produziert. Hierbei werden Bakterien in Fermentern mit Zucker, Stärke oder Pflanzenölen gefüttert, um große Mengen PHA zu speichern, die anschließend zu kunststoffähnlichen Materialien verarbeitet werden.
PHA-Kunststoffe zeichnen sich durch Formbarkeit und relative Wasserabweisung aus und finden Anwendung in Lebensmittelverpackungen, Hygieneprodukten sowie in der Landwirtschaft zur kontrollierten Freisetzung von Düngemitteln. In der Medizin werden sie für Wundverbände, Medikamentenfreisetzungssysteme und resorbierbare Implantate verwendet.
Der biologische Kreislauf der PHAs, hergestellt und abgebaut von Mikroorganismen und Tieren, stellt einen wichtigen Vorteil gegenüber konventionellen Kunststoffen dar. Trotz dieser Vorteile machen PHAs derzeit nur einen kleinen Anteil des globalen Biokunststoffmarktes aus. Mit wachsender Nachfrage und steigenden Produktionskapazitäten ist jedoch mit einer Zunahme ihres Anteils zu rechnen.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Prof. Dr. Nicole Dubilier
Abteilung Symbiose, Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-9320
E-Mail: ndubilier@mpi-bremen.de
Originalpublikation
Caroline Zeidler et al.
„Animal degradation of microbial storage polyhydroxyalkanoates“
Nature Ecology & Evolution, 13. August 2026
DOI: 10.1038/s41559-026-03153-8
