Lebendiges Plastik: Bakterien zersetzen Kunststoff in sechs Tagen

Jährlich gelangen elf Millionen Tonnen Plastik in die Weltmeere und nahezu jeder bisherige Lösungsansatz teilt dasselbe Grundproblem: Er erfordert, dass das Material gesammelt und zu einer Abbauanlage transportiert wird. Ein Forschungsteam unter Studienleiter Zhuojun Dai hat im April 2026 in ACS Applied Polymer Materials einen anderen Ansatz beschrieben, der dieses Infrastrukturproblem umgeht: Die Abbaulösung schläft bereits im Material selbst, eingebettet als Bakteriensporen, die auf Befehl aktiviert werden.

Wie das lebende Plastik funktioniert

Das Forschungsteam unter Studienleiter Zhuojun Dai nutzte Polycaprolacton, englisch Polycaprolactone oder kurz PCL, einen Kunststoff der häufig in der 3D-Drucktechnik und für chirurgische Nähte eingesetzt wird. PCL ist bereits biologisch abbaubar, aber unter natürlichen Bedingungen dauert der Prozess in Böden mehrere Jahre und im Wasser deutlich länger.

Das Grundprinzip des lebenden Plastiks: PCL wird mit der Sporenform von Bacillus subtilis vermischt, einem harmlosen Bodenbakterium das in der Biotechnologie weit verbreitet ist. Sporen sind extrem robuste Ruhestadien, die extreme Temperaturen und Druck überstehen. Sie überleben die Einbettung in den Kunststoff und bleiben dort in einem Schlafzustand, bis eine Nährlösung bei 50 Grad Celsius hinzugegeben wird. Erst dann erwachen sie und beginnen mit der Produktion von zwei kooperativ wirkenden Enzymen.

Das erste Enzym schneidet die langen Polymerketten des Kunststoffs an zufälligen Stellen durch, ein molekulares Zerhacken. Das zweite greift die entstehenden Kettenstücke von ihren Enden an und zerlegt sie bis zu den monomeren Grundbausteinen. Zhuojun Dai erläutert: "Die Kooperation zwischen den Enzymen war so effizient, dass dadurch sogar die Entstehung von Mikroplastikpartikeln verhindert wurde." Das Ergebnis sind die chemischen Grundbausteine des Ausgangspolymers, nicht fragmentierter Kunststoff.

Vollständiger Abbau in sechs Tagen, ohne Rückstände

Nach sechs Tagen Aktivierung bei 50 Grad Celsius war der PCL-Kunststoff vollständig abgebaut. Das Team testete den Ansatz auch in einem anwendungsnahen Kontext: Eine tragbare elektronische Elektrode aus einem dünnen Kunststofffilm wurde nach Ende der Nutzung aktiviert und war innerhalb von zwei Wochen vollständig zersetzt. Das ist vor allem für Einwegelektronik relevant, die kaum recycelt wird und heute oft auf Deponien oder in der Verbrennung endet.

Der Unterschied zur industriellen Kompostierung sogenannter biologisch abbaubarer Kunststoffe ist erheblich: Selbst unter Industriekompost-Bedingungen bei über 60 Grad Celsius sind dort Liegezeiten von drei bis sechs Monaten nötig. Das lebende Plastik aktiviert sich kontrolliert, auf Befehl und ohne externe Anlage. Wann der Abbau beginnt, ist durch die Aktivierungslösung steuerbar.

Im Vergleich: Vorherige Ansätze zum biologischen Abbau

Der Kampf gegen nicht abbaubare Kunststoffe hat bereits mehrere Durchbrüche hervorgebracht. 2016 entdeckten japanische Forscher unter Kohei Oda vom Kyoto Institute of Technology das Bakterium Ideonella sakaiensis, das PET-Kunststoff abbauen kann. Unter Laborbedingungen bei 30 Grad Celsius brauchte das Bakterium sechs Wochen um einen dünnen PET-Film fast vollständig zu degradieren. Die Studie, erschienen in Science, war die erste Entdeckung eines PET-abbauenden Mikroorganismus überhaupt.

Seitdem haben Forscher solche Enzyme weiterentwickelt. Das französische Unternehmen Carbios entwickelte eine angepasste Enzymvariante, die PET-Kunststoff unter industriellen Bedingungen bei 72 Grad Celsius in rund zehn Stunden zu mehr als 90 Prozent depolymerisiert. Diese Lösung ist jedoch für separate industrielle Anlagen gedacht, nicht für Kunststoff der sich selbst zerstört.

Den Maßstab des Problems verdeutlichen Zahlen der Vereinten Nationen: Jährlich gelangen rund elf Millionen Tonnen Plastik in die Weltmeere. In den Ozeanen befinden sich heute zwischen 75 und 199 Millionen Tonnen Plastikmüll sowie rund 170 Billionen Plastikpartikel allein an der Wasseroberfläche. Das Versprechen abbaubarer Kunststoffe ist bislang an der Wirklichkeit gescheitert, weil die meisten Lösungen externe Infrastruktur oder Bedingungen erfordern, die in der Natur nicht vorkommen.

Die entscheidende Hürde: Aktivierung im Wasser

Das lebende Plastik befindet sich in einem frühen Forschungsstadium und hat konkrete Grenzen. PCL macht nur einen kleinen Anteil des weltweiten Plastikproblems aus. Die in Meeren am häufigsten gefundenen Kunststoffe sind PET, Polyethylen und Polypropylen. Ob Bacillus subtilis so modifiziert werden kann, dass er auch diese gängigen Polymere abbaut, ist derzeit offen.

Dazu kommt die Aktivierungsbedingung: 50 Grad Celsius und eine spezifische Nährlösung sind unter realen Umweltbedingungen nicht gegeben. Das Forschungsteam hat angekündigt, wasserbasierte Aktivierungsmethoden zu entwickeln, die ohne erhöhte Temperatur funktionieren. Erst dann wäre der Ansatz für Plastik relevant, das in Gewässer gelangt.

Innerhalb dieser Grenzen ist das Prinzip für kontrollierte Anwendungen mit definiertem Lebensende interessant: medizinische Einmalartikel, Verpackungen in geschlossenen Lieferketten, elektronische Sensoren die nach der Nutzung in einer Sammelstelle aktiviert werden. Zhuojun Dai formuliert den Anspruch der Studie: Kunststoffe könnten Haltbarkeit als programmierbares Merkmal nutzen statt als Problem. Das wäre eine grundlegende Umkehrung dessen, was Plastik heute ist.