Synthetische Polyamide – besser bekannt als Nylon – stecken in Strumpfhosen, Fischernetzen und Sportkleidung. Doch ihre Recyclingquote liegt unter fünf Prozent. Viele Nylonabfälle landen auf Deponien, gelangen in der Umwelt oder werden verbrannt.

Das Recycling von Nylonmaterial stellt eine große Herausforderung dar. Herkömmliche Verfahren, bei denen das Material geschmolzen und neu geformt wird, erfordern reine Nylonabfälle in nicht zu großen Mengen. Chemische Methoden hingegen können Nylon zwar in seine Grundbausteine zerlegen, die sich wieder neu zusammensetzen lassen. Häufig entsteht hierbei jedoch ein Gemisch aus einzelnen Monomeren und kurzen Oligomerketten, das sich nur schwer weiterverarbeiten lässt.

Biotechnologisches Nylon-Upcycling

Hierfür hat das Forschungsteam um Nick Wierckx vom Forschungszentrum Jülich gemeinsam mit der Firma Novonesis eine Lösung gefunden: ein Bakterium, das Nylonketten vollständig abbauen kann. Dafür entwickelten die Forschenden das Bodenbakterium Pseudomonas putida genetisch so weiter, dass es das Nylongemisch verstoffwechseln kann – wie sie nun im Fachmagazin „Nature Microbiology" beschreiben. 

Dabei gelingt es dem Bakterium nicht nur, verschiedene Nylonvarianten sowie lineare und zyklische Oligomerketten in ihre jeweiligen Monomere zu zerlegen. Die „Nylon-Fresser“ sind zudem in der Lage, durch ein mikrobielles Upcycling höherwertige Stoffe wie Polyhydroxybutyrat (PHB) herzustellen.

Möglich wurde diese Innovation durch eine Kombination aus Gentechnik und Labor-Evolution. „Manche Bakterien entwickeln durch zufällige Mutationen in ihrem Erbgut die Fähigkeit, Nylonbausteine besser zu verwerten. Diese Zellen haben einen Wachstumsvorteil gegenüber den anderen und können sich schneller vermehren“, erklärt Nick Wierckx. „Nach einigen Generationen im Labor, in denen die Nylonbausteine die einzige Nahrungsquelle sind, besteht die Bakterienkultur schließlich nur noch aus diesen spezialisierten Zellen.“

Durch detaillierte Genomanalysen gelang es dem Team, die verantwortlichen Mutationen zu identifizieren und gezielt in den Bakterienstamm einzubauen. Zusätzlich fügten sie Gene für sogenannte Nylonasen ein – spezielle Enzyme, die es den Bakterien ermöglichen, kurze Nylonketten als zusätzliche Nahrungsquelle zu nutzen.

Das Glaukos-Projekt: Nachhaltigkeit im Fokus

Die Ergebnisse der Studie sind Teil des europaweiten Projekts „Glaukos", das im Rahmen von Horizon 2020 durchgeführt wurde. Ziel des abgeschlossenen Projekts war es, den Lebenszyklus von Kleidung und Fischereiausrüstung durch neue Verfahren nachhaltiger zu gestalten. Dabei kamen biobasierte Textilfasern und Beschichtungen zum Einsatz, um die biologische Abbaubarkeit zu erhöhen und die Haltbarkeit zu verbessern.

Ein weiteres Ziel des Projekts, bei dem auch die aktuelle Studie ansetzt, war die Entwicklung spezieller Recyclingverfahren, die mit den neuen Materialien kompatibel sind. So sollen sowohl Plastikverschmutzung als auch CO₂-Emissionen verringert werden.

chk