Ein Bakterium wandelt Kunststoffe in Paracetamol um

Ein Bakterium verschluckt eine Plastikflasche. In ihrer Struktur fermentiert die Zelle den Abfall wie Bier und wandelt ihn in Paracetamol um. So lässt sich eine wissenschaftliche Studie zusammenfassen, die diesen Montag in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Diese Studie, die erstmals auf völlig neue Weise veröffentlicht wurde, nutzt laut Stephen Wallace, Autor der Studie, klassische Chemie. Er erklärt die Innovation: „Mithilfe lebender Mikroben haben wir komplexe chemische Transformationen durchgeführt, die neue, umweltfreundlichere und nachhaltigere Wege zur Herstellung wertvoller Materialien wie Medikamente aus Abfällen eröffnen könnten.“

Wallace und seinem Forschungsteam an der Universität Edinburgh (Großbritannien) gelang es, in einem lebenden Escherichia coli- Bakterium auf natürliche Weise zu induzieren, was bisher nur im Reagenzglas beobachtet werden konnte. Dabei handelt es sich um die Umwandlung von Säuremolekülen in Schlüsselverbindungen für die Herstellung von Medikamenten – wie beispielsweise Paracetamol – durch eine als Lossen-Umlagerung bekannte Reaktion. Die Forscher gingen noch einen Schritt weiter und konnten diese Fähigkeit in Bakterien reproduzieren, indem sie ausschließlich die mikrobiellen Zellen selbst verwendeten und ohne auf komplexe Laborkatalysatoren zurückgreifen zu müssen.

„Das Interessante daran ist, dass wir den Bakterien die Reaktion nicht beibringen mussten: Der Trick bestand darin, zu erkennen, dass sie die Werkzeuge bereits besaßen und nur noch angeleitet werden mussten“, erklärt Wallace. Bakterienzellen enthalten von Natur aus Phosphat, das die chemische Katalyse aktivieren kann, die die Wissenschaftler interessierte. „Wir nutzten synthetische Biologie, um neue biologische Prozesse in den Bakterien zu entwickeln. Diese Prozesse lenken die Zellchemie in Richtung der Produktion der gewünschten Verbindung – in diesem Fall eines Medikaments“, erklärt der Autor. Anstatt die Bakterien also zu etwas Neuem zu zwingen, gaben die Wissenschaftler ihnen einfach die richtige Anleitung und überließen ihrer eigenen Chemie den Rest.

Kunststoff kommt gleich zu Beginn des Prozesses ins Spiel, wenn PET – häufig in Getränkebehältern verwendet – in einen seiner Bausteine ​​zerlegt wird. Dieser wird dann zu einem Molekül, das die chemische Reaktion in den Bakterien auslösen kann. Anschließend wandeln die Mikroorganismen dieses Molekül in einen Hauptbestandteil und schließlich in Paracetamol um. „Nach unseren Beobachtungen ist es sehr wahrscheinlich, dass viele – oder sogar die meisten – Bakterien solche Transmutationen durchführen können. Das eröffnet neue Denkansätze für die Nutzung von Mikroben als winzige Chemiefabriken“, bemerkt Wallace.

Emissionsfreie Fabriken

Diese Miniaturfabriken arbeiten zudem bei Raumtemperatur und erzeugen keine CO2-Emissionen. Dies ist ein weiterer wichtiger Unterschied zur traditionellen Paracetamol-Produktion. Der Forscher erklärt: „Es ist faszinierend, dass nur wenige Menschen wissen, dass das Paracetamol, das sie einnehmen, ursprünglich aus Erdöl besteht.“ Er fügt hinzu: „Was mich an unserer Arbeit am meisten begeistert, ist, dass wir eine neue, umweltfreundlichere Methode zur Herstellung dieses globalen Medikaments aufgezeigt haben, indem wir bakterielle Fermentation anstelle fossiler Brennstoffe nutzen.“

Obwohl es noch zu früh ist, um dies zu beurteilen, könnte dies Teil einer breiteren Entwicklung hin zu einer nachhaltigeren, biobasierten Produktion sein, sowohl in der Pharmaindustrie als auch im Kunststoffrecycling. „Schließlich ist Abfall nur Kohlenstoff, und Mikroben lieben Kohlenstoff. Anstatt Abfall durch Verbrennung oder Deponierung in die Atmosphäre freizusetzen, können wir ihn nutzen“, fügt Wallace hinzu.

In dieser ersten Forschungsphase wurden bisher nur geringe Mengen Paracetamol hergestellt und extrahiert. Das nächste Ziel ist die Ausweitung der Produktion, und schließlich müssen die Ergebnisse getestet werden: „Studien am Menschen sind ein völlig anderer Schritt, und das zu Recht. Jedes Medikament, das für den kommerziellen Einsatz bestimmt ist, muss strenge Sicherheits- und Zulassungstests durchlaufen, was Zeit und strenge Kontrolle erfordert“, so der Forscher. Obwohl die Wissenschaftler von ihrer Arbeit „spannendes Potenzial“ überzeugt sind, ist es noch ein weiter Weg, bis diese bakterielle Version von Paracetamol für den medizinischen Einsatz in Betracht gezogen werden kann.