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StartseiteForschung aktuellPlastik aus Fäkalien25.03.2019

Neuer Rohstoff für AstronautenPlastik aus Fäkalien

Kanadische Biologen experimentieren mit Bioplastik, der aus menschlichen Fäkalien hergestellt wird. Das Verfahren mithilfe genveränderter Kolibakterien soll in der Raumfahrt eingesetzt werden und künftig Astronauten im All den Rohstoff für Werkzeuge oder Ersatzteile aus dem 3D-Drucker liefern.

Von Karl Urban

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Mikroskopaufnahme von Escherichia coli-Bakterien (BSIP)
Neuer Rohstoff für den 3D-Druck: Escherichia coli-Bakterien (BSIP)
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Es ist eine Kabine, kaum größer als ein Dixiklo: ein Schemel mit einem gut faustgroßen Loch darin und einem fest verschließbaren Deckel für die festen Abfälle - und daneben ein langer Schlauch, der den Urin einsaugt. Eine Toilette ist auch im All eine wichtige Einrichtung. Doch ein Raumschiff oder eine Raumstation haben keinen Abfluss.

"Auf der internationalen Raumstation werden die menschlichen Hinterlassenschaften derzeit nur verpackt und buchstäblich aus dem Fenster geworfen. Wenn wir nun zu einem anderen Planeten reisen, können wir das natürlich nicht mehr so machen, weil wir den nicht verschmutzen wollen. Deshalb haben wir uns ein System ausgedacht, bei dem Abfälle in Materialien verwandelt werden, die die Astronauten benutzen können."

Bioplastik aus menschlichen Fäkalien

Dem Biologenteam um Helen Wang und Kaitlin Schaaf von der Universität im kanadischen Calgary ging es darum, die immensen Startkosten jedes Kilogramms, das ins All befördert wird, zu senken. Menschliche Fäkalien wollen die Forscherinnen deshalb nicht mehr einfach entsorgen, sondern in Bioplastik umwandeln - mit einem System, dessen Prototyp bereits funktioniert.

"Zuerst sammeln wir die Fäkalien in einem Tank, wo sie mit den natürlichen Darmbakterien drei Tage gären. Dabei entstehen flüchtige Fettsäuren, die uns als Grundstoff dienen."

Diese Fettsäuren werden von anderen Restbestandteilen getrennt, vor allem von Wasser, das recycelt werden kann, und dann an genetisch manipulierte Bakterien der Familie Escherichia coli weitergegeben. Diese Bakterien nutzen die flüchtigen Fettsäuren als Nahrung.

"Unsere genveränderten Bakterien verwenden das gelieferte Substrat, um Bioplastik zu produzieren. Wir haben die Bakterien so manipuliert, dass sie das Plastik nicht nur erzeugen, sondern auch selbst aus ihrem Zellinneren ausscheiden."

Das so erzeugte Bioplastik ist das Polymer Polyhydroxybutyrat, das aus dem Bioreaktor gefiltert und als Grundstoff für 3D-Drucker genutzt werden kann. Astronauten könnten also auf langen Reisen zum Mars aus ihren Toilettenabfällen neue, stabile Werkzeuge herstellen.

Genveränderte Bakterien auch ein Wagnis

Bevor das System im All eingesetzt werden kann, wollen die Forscherinnen aber noch sicherstellen, dass die genveränderten Mikroben nicht die Gesundheit der Astronauten gefährden, sagt die Biologin Preetha Gopalakrishnan.

"Unsere Bakterien sollen in einem nächsten Schritt so verändert werden, dass sie nur dank eines ganz spezifischen Nährstoffs überleben können, der in der Umwelt nicht vorkommt und der ihnen ausnahmslos im Bioreaktor zugefüttert wird. Nur hier sollen die Bakterien also die menschlichen Ausscheidungen in Bioplastik umwandeln. Sobald sie den Reaktor verlassen, fehlen ihnen diese Nährstoffe und sie sterben."

Trotz dieser biologischen Sicherheitsvorkehrung bleibt es ein Wagnis, genveränderte Bakterien nicht nur ins All, sondern in die Umwelt eines anderen Planeten einzuführen. Zum Mars entsandte Raumfahrzeuge müssen heute sterilisiert werden, bevor sie überhaupt starten dürfen. Über die Sicherheit von Fäkalien-Recycling-Systemen mit genveränderten Bakterien wollen sich die Biologinnen daher zukünftig noch weitere Gedanken machen.

"Es ist ein zweischneidiges Schwert. Denn wenn wir Bakterien entwickeln, die im All überleben können, erlauben wir ihnen möglicherweise auch, das All zu besiedeln."

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