Marines Mikroplastik (MMP) ist eine zunehmende anthropogene Verschmutzung in den Meeren. Der Einfluss auf marine Tiere, durch Verfangen und verschlucken von Plastikmüll, ist bekannt. Aber der Einfluss von MMP auf Mikroorganismen, wie Bakterien, Archaeen und Protisten, die die Basis der Nahrungsnetze bilden, ist kaum verstanden. Auf Grund der besonderen Eigenschaften von MMP, kann es als neues Habitat und als Transportmittel für bestimmte u.a. auch gesundheitsgefährdende Mikroorganismen dienen, die über lange Distanzen bis in entlegene Regionen transportiert werden können. Darüber hinaus kann MMP das Zusammenleben von Mikroorganismen in enger Nachbarschaft ermöglichen und die Stoffwechselwege vieler verschiedener Verbindungen beeinflussen. Um den Einfluss von MMP und ihrer assoziierten Mikroorgansimen auf marine Ökosysteme zu verstehen, müssen wir die Zusammensetzung und Interaktionen von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP identifizieren und ihre globale Ausbreitung untersuchen. Ich möchte die Diversität und die räumliche Verteilung von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP charakterisieren. Proben von MMP wurde bereits von meinem Gastinstitut in verschiedenen Meeresregionen (Atlantik, Pazifik, Indischer Ozean) gesammelt. Mein Ziel ist es: 1) zu identifizieren, welche Mikroorganismen auf MMP vorkommen; 2) die lokale Verteilung und Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft auf MMP und in Experimenten auf Bioplastikpartikeln zu untersuchen; 3) zu verstehen, welche Mikroorganismen am stärksten mit der Polymer Oberfläche assoziiert sind; 4) herauszufinden, ob es charakteristische Mikrobiome auf MMP in verschiedenen Meeresregionen gibt und 5) zu untersuchen, welche Mikroorganismen MMP abbauen können. Die Chancen für die erfolgreiche Durchführung des vorgeschlagenen Projekts ist hoch, da präperierte Proben bereits in meinem Gastlabor vorhanden sind, an denen die innovative Mikroskopiertechnik namens CLASIFISH (Combinatorial Labelling and Spectral Imaging Fluorescence In Situ Hybridization) angewandt werden kann. Diese Methode ermöglicht es viele verschiedene Mikroorganismen und ihre räumliche Verteilung auf einem Plastikpartikel schnell und präzise zu identifizieren. Ich möchte diese Methode an Proben aus dem Atlantik und Pazifik anwenden, sowie Mikroben identifizieren, die im offenen Ozean Plastik abbauen. Zusätzlich möchte ich Inkubationsexperimente mit Bakterienkulturen, die bereits auf Plastik identifiziert wurden und in meinem Gastinstitut zur Verfügung stehen, auf Bioplastikpartikeln durchführen. Mit diesen Experimenten möchte ich herausfinden, wie sich mikrobielle Gemeinschaften auf Bioplastik über die Zeit entwickeln und ob bzw. wie diese Mikroben Plastik abbauen. Für diese Inkubationsexperimente möchte ich FISH, CLASIFISH, scanning electron microscopy sowie metagenomische und metatranscriptomische Ansätze verwenden.
In den letzten Jahren sind biologisch Biokunststoffe immer mehr zum Forschungsinteresse geworden. Die Gründe liegen einerseits in der Suche nach Alternativen zur Verwendung von Kunststoffen auf Erdölbasis angesichts der zur Neige gehenden Erdölreserven und andererseits am Anwachsen der Müllberge und den damit verbundenen Problemen. Biokunststoffe können wie konventionelle Kunststoffe für eine große Vielfalt von Produkten, eingesetzt werden. Vor allem für kurzlebige Güter, wie Verpackungen oder Catering-Artikel sind Produkte aus Biokunststoff in höchstem Maße geeignet. Biokunststoffe werden aus nachwachsenden Quellen gewonnen und sind durch Mikroorganismen, also durch Kompostierung wieder abbaubar. Das vorliegende Projekt befasst sich mit Polyhydroxyalkanoaten (PHA), diese unterscheiden sich von anderen Biokunststoffen durch vorteilhafte Eigenschaften, wie Gasbarriereeigenschaften, Wasseraufnahme und Schmelztemperatur. Im Rahmen des beantragten Impulsprojektes soll ein wirtschaftlicher und ökologischer Prozess zur Herstellung von PHA entwickelt werden. Die Herausforderung liegt darin, ein neues Verfahren zu entwickeln, in dem einerseits auf die gegenseitige Wechselwirkung der einzelnen Grundoperationen bedacht genommen wird und andererseits danach getrachtet wird, Prozessnebenprodukte, nicht als Abfallströme aus dem Prozess ausschleusen zu müssen, sondern durch geeignete Aufbereitung wieder in den Prozess rückzuführen. Maximale Kreislaufschließung soll ermöglichen, ein Produkt, das den Anforderungen an Ressourcenschonung, Deponieentlastung und Abfallverarbeitung genügt, in einem Verfahren der Cleaner Produktion herzustellen.