Das Pac-Man-Enzym aus Konstanz: Wie ein Bakterienprotein Biokunststoff zerlegt und dabei Fragen aufwirft

Plastikmüll gehört zu den hartnäckigsten Umweltproblemen unserer Zeit, und die Suche nach natürlichen Wegen, ihn wieder loszuwerden, läuft auf Hochtouren. Nun melden Forschende der Universität Konstanz einen bemerkenswerten Fund: ein bislang unbekanntes Enzym aus Bodenbakterien, das bestimmte Kunststoffe zersetzen kann und dabei eine zweite, unerwartete Fähigkeit offenbart.

Ein Enzym mit weit geöffnetem Mund

Das Team taufte den Winzling auf den Namen Pac-Man-Enzym, und der Vergleich ist kein Zufall. Fachlich handelt es sich um eine sogenannte Esterase aus der Familie VIII, deren aktives Zentrum ungewöhnlich weit geöffnet ist. Genau diese Form erinnerte die Forschenden an die gefräßige Spielfigur, die alles verschlingt, was ihr in den Weg kommt.

Diese offene Struktur ist mehr als eine hübsche Analogie, denn sie passt bemerkenswert gut zur Aufgabe des Enzyms. Ein weites aktives Zentrum kann große Moleküle regelrecht packen und chemisch auseinandernehmen. Damit erklärt sich, warum das Protein mit sperrigen Kunststoffketten zurechtkommt, an denen viele andere Enzyme scheitern würden.

Wer hinter dem Fund steckt

Verantwortlich für die Entdeckung sind die Biologen Harry Lerner und David Schleheck von der Universität Konstanz, die den vollständigen mikrobiellen Abbau von Biokunststoffen untersucht haben. Für ihre Versuche nutzten sie Materialien, die das Team des Chemikers Stefan Mecking entwickelt hatte, sodass Biologie und Materialforschung hier eng zusammenwirkten.

Veröffentlicht wurden die Ergebnisse 2026 im Fachjournal The ISME Journal unter dem Titel, der die doppelte Wirkung des Enzyms bereits benennt: die Spaltung von Polyester-Biokunststoffen einerseits und von Beta-Laktam-Antibiotika andererseits. Schon der Titel deutet also an, dass hier zwei sehr unterschiedliche Welten aufeinandertreffen.

Was der Winzling zersetzt

Im Zentrum der Arbeit standen langkettige aliphatische Polyester, kurz LCAP, eine Klasse von Biokunststoffen. Daneben zeigte das Enzym auch Wirkung auf weitere biobasierte Kunststoffe, die in der Fachwelt unter den Kürzeln PHBV und PCL bekannt sind. Diese Materialien sind gezielt so entworfen, dass sie sich unter geeigneten Bedingungen wieder zersetzen lassen.

Bemerkenswert ist vor allem das Tempo, auch wenn es aus menschlicher Sicht gemächlich wirkt. Die LCAP-Biokunststoffe wurden im Versuch innerhalb von rund 250 bis 330 Tagen vollständig abgebaut. Zum Vergleich diente Zellulose, ein natürlicher Stoff, der unter denselben Bedingungen in etwa 80 Tagen zerlegt war.

Die Grenzen der Entdeckung

So vielversprechend der Fund klingt, so wichtig ist die Einordnung. Gewöhnliches Polyethylen mit hoher Dichte, bekannt als HDPE und einer der weltweit meistgenutzten Kunststoffe, wurde im Experiment praktisch überhaupt nicht angegriffen. Das Enzym ist also kein Wundermittel gegen den gigantischen Berg an herkömmlichem Plastikmüll.

Diese Einschränkung ist entscheidend, weil ein Großteil der weltweiten Kunststoffverschmutzung eben nicht aus Biokunststoffen besteht, sondern aus klassischen Materialien wie Polyethylen und Polyethylenterephthalat. Der Konstanzer Fund hilft daher vor allem dabei, die Zukunft besser abbaubarer Werkstoffe zu verstehen, nicht die Altlasten der Vergangenheit.

Eine überraschende zweite Fähigkeit

Am meisten überrascht hat die Forschenden jedoch die Doppelrolle des Enzyms. Dasselbe Protein, das Polyester zerlegt, kann auch den sogenannten Beta-Laktam-Ring bestimmter Antibiotika aufbrechen, etwa beim Penicillin. Ein einziges bakterielles Werkzeug wirkt also gleichzeitig auf Kunststoffe und auf wichtige Medikamente ein.

Diese zweite Fähigkeit ist alles andere als harmlos, denn das Aufbrechen des Beta-Laktam-Rings ist genau der Mechanismus, mit dem Bakterien unempfindlich gegen Antibiotika werden. Der Fund verknüpft damit zwei große Themen, die man selten zusammen denkt: den Abbau von Plastik und die wachsende Sorge um Antibiotikaresistenzen.

Warum das für die Forschung zählt

Für die Wissenschaft ist gerade diese Verbindung wertvoll. Sie liefert Hinweise darauf, wie Mikroorganismen sich an neue, vom Menschen geschaffene Stoffe anpassen und dabei vorhandene Werkzeuge umnutzen. Wer versteht, wie Bakterien Kunststoffe knacken, kann Materialien entwerfen, die sich am Ende ihres Lebens gezielt und kontrolliert zersetzen lassen.

Ein kleiner Baustein, kein Allheilmittel

Am Ende steht ein typisches Bild moderner Grundlagenforschung. Das Pac-Man-Enzym löst das Plastikproblem nicht mit einem Schlag, aber es öffnet ein Fenster in die verborgene Chemie der Mikroben. Genau solche Funde bilden das Fundament, auf dem später praktische Lösungen für Recycling, Umweltschutz und Medizin entstehen können.