Future Insight Prize Plastikmüll in Essen verwandeln – mit Mikroben

Die Welternährung ist eine der größten Herausforderungen der Menschheit. Zwei Forscher aus den USA wollen sie lösen – mit Plastikmüll: Die Wissenschaftler arbeiten an einer Technologie, um mithilfe von Mikroben Kunststoffabfälle in essbare Biomasse umzuwandeln. Für ihre Forschung erhielten sie nun den Future Insight Prize von Merck, dotiert mit einer Million Euro.

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Darmstadt – Mehr Menschen brauchen mehr Nahrung. Es ist eine simple Wahrheit, die jedoch komplexe Herausforderungen mit sich bringt. Schon heute leiden rund 700 Millionen Menschen weltweit unter Hunger. Doch mehr Nahrung produzieren ist nicht einfach. Es fehlt oft schon an den nötigen Anbauflächen. Um die Ernährung in Zukunft zu sichern, sind also neuartige Wege der Nahrungsmittelproduktion gefragt. Gesucht ist eine Zukunftstechnologie, die unverdauliche Ausgangsstoffe in essbare Nahrungsmittel verwandelt. Die wissenschaftliche Grundlage für ein solches „Traum-Produkt“ hat Merck mit dem Future Insight Prize 2021 ausgezeichnet, der mit einem Preisgeld von einer Million Euro dotiert ist.

Den Preis für einen potenziellen „Food Generator“ der Zukunft bekamen die beiden in den USA forschenden Mikrobiologen Prof. Ting Lu von der University of Illinois Urbana-Champaign sowie Prof. Stephen Techtmann von der Michigan Technological University. Mit ihrer wegweisenden Arbeit wollen sie eines Tages Plastikmüll in Nahrung umwandeln. „Die Gewinner des diesjährigen Future Insight Prize haben eine bahnbrechende Technologie entwickelt, mit der zukünftig sichere Nahrungsmittel auf nachhaltige Weise erzeugt und gleichzeitig die durch Plastikabfall und konventionelle Landwirtschaft verursachten Umweltbelastungen reduziert werden könnten“, sagte Belén Garijo, Vorsitzende der Geschäftsleitung von Merck. Anders als der aus aus Star Trek bekannte Replikator, der Moleküle zu jeder beliebigen Speise anordnet, ist die Technologie von Lu und Techtmann nämlich keine reine Science-Fiction. Was aber kann der „Food Generator“ bereits, und was sind die nächsten Ziele in der Entwicklung?

Die heimlichen Helden: Bakteriengemeinschaften

Ein schmackhaftes Fertiggericht aus Plastikabfall können die Preisträger zwar nicht erzeugen. Was sie aber bereits geschafft haben, ist die Produktion von Proteinen aus molekularen Bruchstücken von Kunststoffen. Proteine sind als wichtiger Bestandteil unserer Nahrung etwa in Hülsenfrüchten, Milchprodukten oder Fleisch enthalten.

Die Wissenschaftler haben nun eine absurd erscheinende, neue Proteinquelle ins Auge gefasst: Kunststoffe, oder vielmehr Kunststoffabfälle. Allein in Deutschland gibt es jährlich sechs Millionen Tonnen neuen Plastikmüll. Wenn es gelänge, diesen als Ressource zu nutzen, wären gleich zwei Probleme angegangen: Es gäbe weniger Plastikmüll und mehr Protein zur Ernährung.

Die Geheimwaffe der Forscher sind Gemeinschaften aus natürlichen und gezielt gentechnisch veränderten Mikroorganismen, die Bruchstücke der Plastikmoleküle als Nahrungsquelle nutzen und so Biomasse aufbauen. Diese Biomasse könnte irgendwann als nährstoffreicher Zusatz in Lebensmittel zugefügt werden. Doch bis dahin gibt es noch einiges an Arbeit.

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Noch muss das Plastik den Mikroben „vorgekaut“ werden

Als eine der wichtigsten Aufgaben müssen die Wissenschaftler sicherstellen, dass die erzeugte Biomasse tatsächlich verträglich für den Verzehr durch Menschen ist. Hierfür analysieren sie die Proben mit hochauflösender Flüssigchromatographie und Massenspektrometrie (LC/MS), um potenzielle Toxine ausfindig zu machen. Wenn Giftstoffe gefunden werden, müssen die Mikrobiologen die Bakterienkultur anpassen – durch Einsatz anderer Mikroben oder Genetic Engineering der vorhandenen Bakterien.

Auch den Verdauungsapparat der Mikroben gilt es weiter zu optimieren. Noch müssen Lu und Techtmann den Bakterien sozusagen vorgekaute Nahrung anbieten: durch chemische Prozesse spalten sie z. B. PET oder Polypropylen in kleinere molekulare Bausteine wie Ethandiol oder kürzere Kohlenstoffketten (Alkene). Erst diese „verdaulichen Häppchen“ setzen die Mikroben in ihrem Stoffwechsel zu Biomasse um. Das Ziel der Forscher ist es, eines Tages eine Mischung aus Plastik-fressenden Bakterien zu haben, die verschiedenste Kunststoffe verdauen kann und so einen Teil des Plastikmülls in nahrhaftes Protein für den Menschen verwandelt. Das Preisgeld des Future Insight Prize soll helfen, dieses Ziel zu erreichen.

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Future Insight Prize

Erstmals verliehen wurde der Future Insight Prize von Merck im Jahr 2019. Der mit bis zu einer Million Euro dotierte Wissenschaftspreis soll für 35 Jahre jährlich für wegweisende Forschung zur Realisierung von vier visionären so genannten „Dream Products“ vergeben werden.

• 2019: Pandemic Protector – schnellerer Schutz vor neu auftretenden Krankheitserregern:
  Prof. Pardis Sabeti von der Harvard University (Cambridge/USA) und Prof. James Crowe vom Vanderbilt University Medical Center (Nashville/USA)

• 2020: Multi-Drug Resistance Breaker – Lösung des Problems der antibakteriellen Resistenz gegen zahlreiche Antibiotika:
  Prof. Stephan Sieber von der Technischen Universität München

• 2021: Food Generation – Technologie, die einen Beitrag zur Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung leistet:
  Prof. Ting Lu von der University of Illinois und Prof. Stephen Techtmann von der Michigan Technological University

• 2022: CO₂-to-Fuel Converter – Treibstofferzeugung durch photokatalytische Umwandlung von atmosphärischem CO₂:
  Bewerbungen für diese Kategorie können noch bis 31. Dezember 2021 per Mail an futureinsightprize@merckgroup.com eingereicht werden.

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