Bisher nahm man an, dass nur die Mikroorganismen selbst diese Speicherstoffe wieder abbauen können. Forschende am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen zeigen nun: Auch Tiere besitzen dafür die nötigen Werkzeuge. In einer neuen Studie beschreiben sie Enzyme, mit denen Tiere – von Meereswürmern und Seesternen bis hin zu Landbewohnern wie Regenwürmern – mikrobielle PHAs zerlegen können. Über diesen bislang übersehenen Weg kann also Kohlenstoff von Mikroorganismen in tierische Nahrungsketten gelangen.
Wurm mit Untermietern
Die Entdeckung begann mit einem ungewöhnlichen Meereswurm namens Olavius algarvensis. Dieser kleine Wurm hat weder Mund noch Darm. Stattdessen lebt er von verschiedenen Bakterien, die direkt unter seiner Haut sitzen. Der Wurm „züchtet“ diese symbiontischen Untermieter gewissermaßen in seinem Körper – und verdaut sie, wenn er Nahrung braucht. „Einer der bakteriellen Symbionten des Wurms speichert enorme Mengen Kohlenstoff in Form von PHA“, sagt Nicole Dubilier, Direktorin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie und Autorin der Studie. „Wir wollten wissen, ob der Wurm einen Weg gefunden hat, diese energiereiche Reserve zu nutzen.“
Die Antwort lautet: Ja. Das Team fand im Wurm ein Enzym, das mikrobielle PHAs in kleine Bausteine zerlegt. Diese Moleküle können die Tiere anschließend nutzen. Hochauflösende Aufnahmen zeigten zudem, dass das Enzym genau dort gebildet wird, wo der Wurm seine Symbionten verdaut. Das lässt vermuten, dass der Wurm das von seinen Symbionten produzierte PHA nutzen kann.
Verwandte Enzyme in anderen Tieren
Die Forschenden suchten dann in Genomdaten aus dem gesamten Tierreich nach ähnlichen Enzymen – und wurden überraschend oft fündig. Sie entdeckten verwandte Enzyme in mehr als 66 Tierarten aus neun verschiedenen Tierstämmen. Laborexperimente bestätigten, dass auch Enzyme aus sehr weit entfernten Tiergruppen, darunter ein Schwamm, ein Regenwurm und ein Springschwanz, mikrobielle PHAs abbauen können. „Das war die eigentliche Überraschung“, sagt Erstautorin Caroline Zeidler vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. „Es begann mit einem einzelnen Meereswurm und fand sich dann in ganz unterschiedlichen Tieren.“
Mikrobielle PHAs kommen weltweit in Böden, Sedimenten und Gewässern vor. Sie werden von Mikroorganismen gebildet, wenn sie überschüssigen Kohlenstoff für eine spätere Nutzung speichern. Sie gehören zu den wenigen natürlich vorkommenden Kunststoffen, die vollständig biologisch abbaubar sind. Da PHAs zunehmend als nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen hergestellt werden, ist es wichtig, ihren natürlichen Abbau zu erforschen und zu verstehen.
Die Studie von Dubilier und ihrem Team lässt vermuten, dass Tiere neben Mikroorganismen am Abbau dieser natürlichen Biokunststoffe beteiligt sein könnten. Vor allem aber zeigt sie, dass Tiere auf eine mikrobielle Kohlenstoffreserve zugreifen können, von der man bisher dachte, dass sie nicht nutzbar sei.„Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese mikrobiellen Speicherstoffe nicht nur Nahrung für Mikroben sind“, sagt Autorin Maggie Sogin, die einen Großteil der Studie am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie durchgeführt hat und inzwischen als Assistenzprofessorin an der University of California, Merced, tätig ist. „Bioplastik kann auch Nahrung für Tiere sein, wahrscheinlich schon seit Hunderten von Millionen Jahren, und wir entdecken das erst jetzt.“
Noch ist offen, wie stark dieser Prozess in der Natur zum Kohlenstoffkreislauf beiträgt. Die Entdeckung liefert aber neue Einblicke in das Zusammenspiel von Mikroorganismen und Tieren – und zeigt einmal mehr, dass ungewöhnliche Organismen völlig unerwartete biologische Fähigkeiten ans Licht bringen können.
PHA-Bioplastik
PHAs sind nicht nur mikrobielle Speicherstoffe, sondern werden auch zur Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe genutzt. In der industriellen Produktion werden Bakterien in großen Fermentern kultiviert und mit Zucker, Stärke oder Pflanzenölen gefüttert. Unter geeigneten Bedingungen speichern sie große Mengen PHA, das anschließend zu kunststoffähnlichen Materialien verarbeitet werden kann.
PHA-Kunststoffe sind formbar, relativ wasserabweisend und vielfältig einsetzbar. Sie werden unter anderem für Lebensmittelverpackungen und Hygieneprodukte benutzt. In der Landwirtschaft können Düngemittel in PHA-Kügelchen eingeschlossen werden, die ihren Inhalt beim Abbau des Plastiks langsam freisetzen. Die Medizin nutzt PHAs für Wundverbände, Systeme zur Medikamentenfreisetzung und als resorbierbare Implantate oder Nähte, die sich im Körper allmählich auflösen.
Besonders interessant ist der biologische Kreislauf der PHAs: Sie werden von Mikroorganismen hergestellt und können auch biologisch wieder abgebaut werden. Trotz dieser Vorteile machen PHAs bislang nur einen kleinen Teil des weltweiten Biokunststoffmarkts aus. Mit der steigenden Nachfrage nach biologisch abbaubaren und biobasierten Materialien sowie dem Ausbau globaler Produktionskapazitäten könnte sich das in den kommenden Jahren ändern.
Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie
Originalpublikation:
Caroline Zeidler, et al.: Animal degradation of microbial storage polyhydroxyalkanoates. Nature Ecology & Evolution; 13 August 2026, DOI: 10.1038/s41559-026-03153-8
