Als PFAS in den 1940er Jahren aufkamen, galten sie als Wundermaterialien: Sie lassen Schmutz und Feuchtigkeit einfach abperlen, sind haltbar und feuerfest. Heute kommen sie in zahlreichen Alltagsprodukten vor – von antihaftbeschichteten Pfannen über Regenjacken, Lebensmittelverpackungen und wasserfeste Kosmetik bis hin zu Feuerlöschschaum. Doch die Entsorgung gestaltet sich kompliziert. Denn ihre positiven Eigenschaften verdanken PFAS vor allem ihren ausgesprochen stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen, die mit üblichen physikalischen, chemischen oder biologischen Verfahren kaum abgebaut werden können. So reichern sich die sogenannten „Ewigkeitschemikalien“ in der Umwelt an und gelangen über Nahrung, Trinkwasser und Atemluft in unseren Körper. Einige der Verbindungen sind bekanntermaßen giftig, andere gelten als potenziell krebserregend.
Angriff auf stabile Bindungen
Ein Team um Yaochun Yu von der University of California in Riverside hat nun eine Gruppe von Bakterien identifiziert, die zumindest bestimmte Kohlenstoff-Fluor-Bindungen der PFAS spalten können. Dabei handelt es sich um sogenannte Acetobakterien, die weltweit unter anderem in Abwässern vorkommen. „Dies ist die erste Entdeckung eines Bakteriums, das PFAS-Strukturen reduktiv defluorieren kann“, sagt Yus Kollegin Yujie Men. Bereits zuvor gab es Hinweise darauf, dass bestimmte Gemeinschaften von Mikroorganismen die Kohlenstoff-Fluor-Bindung angreifen, doch die dafür verantwortlichen Organismen waren noch unbekannt.
Yus Team kultivierte deswegen verschiedene in Frage kommende Bakterienspezies getrennt voneinander und testete ihre Fähigkeit zur PFAS-Zersetzung. Durch dieses Screening stellten die Forschenden fest, dass das ein Bakterium namens Acetobacterium bakii innerhalb von drei Wochen die für den Versuch genutzte PFAS-Verbindung biologisch abbaut. Weitere Experimente zeigten, dass das Bakterium auch weitere Arten von PFAS zersetzt, solange sich eine ihrer Kohlenstoff-Fluor-Bindungen neben einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung befindet. Auch weitere Arten von Acetobakterien waren dazu in der Lage, sofern sie ein funktionierendes Transportsystem besaßen, um die abgespaltenen Fluor-Ionen aus ihrem Inneren zu entfernen.
Beteiligte Enzyme identifiziert
Im nächsten Schritt begaben sich die Forschenden auf die Suche nach den Enzymen, mit Hilfe derer die Acetobakterien die Kohlenstoff-Fluor-Bindung spalten. Tatsächlich stießen sie auf einen Enzymkomplex, der die entsprechende chemische Reaktion katalysiert. In der Natur dienen Enzyme dieser Art unter anderem dazu, den pflanzlichen Inhaltsstoff Caffeat abzubauen. Verbreitet sind sie nicht nur bei Acetobakterien, sondern beispielsweise auch bei manchen Arten von Clostridien.
