Vom Plastikmüll zum Wirkstoff

Generell ist es nicht einfach, Kunststoffe zu recyceln. Das gilt besonders für Polyethylene (PE). Denn die Eigenschaften, die PE so nützlich machen, erschweren ihren Abbau und ein Recycling: Diese Moleküle bieten keinerlei »Sollbruchstellen«, die bei der Degradation der Polymere eine Richtung vorgeben würden. Die Folge ist, dass PE am unteren Ende der Recyclingaktivitäten von Kunststoffen stehen.

Gegen diesen Trend informieren nun Forschende um Dr. Chris Rabot vom Department of Pharmacology & Pharmaceutical Sciences der University of Southern California in Los Angeles über einen neuen chemischen und biotechnologischen Ansatz für die schnelle Umwandlung von PE-Abfällen in strukturell komplexe und pharmakologisch aktive Verbindungen. Laut der Publikation im Fachjournal »Angewandte Chemie« entstehen im Laufe dieses Prozesses Dicarbonsäuren, die von dem Pilz Aspergillus nidulans als Kohlenstoffquelle genutzt werden können, um wertvolle Sekundärmetabolite, darunter Asperbenzaldehyd, Citreoviridin und Mutilin, zu synthetisieren.

Zunächst werden bei dem neuen Verfahren die PE-Abfälle katalytisch mit Sauerstoff bei 150 °C zu verschiedenen Dicarbonsäuren umgesetzt. Nach einem Zwischenschritt, in dessen Verlauf für A. nidulans toxische Intermediate abgetrennt wurden, dienen die längerkettigen Dicarbonsäuren mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen dann in dem zweiten, biotechnologischen Schritt den Pilzen als Substrat, die diese weiter zu interessanten Naturstoffen metabolisieren.

Die eingesetzten A.-nidulans-Stämme wurden zudem durch gentechnische Methoden dahingehend optimiert, dass sich die gewünschten Produkte in lohnender Ausbeute isolieren lassen. So wurde zum Beispiel das afoD-Gen deletiert, um zu verhindern, dass Asperbenzaldehyd weiter zu Asperfuranon umgesetzt wird. Stattdessen akkumuliert Asperbenzaldehyd und kann in guten Ausbeuten isoliert werden. Außerdem wurde die Expression des Transkriptionsfaktors AfoA durch verschiedene biotechnologische Modifikationen optimiert, wodurch die Ausbeute an Asperbenzaldehyd nochmals erhöht wurde.

Letztlich ermöglicht es der Ansatz, Abfallprodukte aus Polyethylenen schnell in strukturell vielfältige und medizinisch potenziell nützliche Sekundärmetabolite umzuwandeln. Somit erweitert dieser zweistufige Prozess den Katalog an wertvollen Produkten signifikant, zu denen sich Polyethylene upcyceln lassen, wie die Autoren resümieren.