Veröffentlicht am 16. August 202217. August 2022 Autor gh

Abbau von PET-Flaschen möglich

Forscher des Manchester Institute of Biotechnology (MIB) haben eine  Enzym-Engineering-Plattform entwickelt und am 11.08.2022 in Nature Catalysis publiziert, um kunststoffabbauende Enzyme durch gezielte Evolution zu verbessern. Zur Veranschaulichung der Nützlichkeit ihrer Plattform haben sie ein Enzym entwickelt, das erfolgreich Poly(ethylen)terephthalat (PET) abbauen kann, aus dem üblicherweise Plastikflaschen bestehen.

Mehrweg-Plastik-Wasserflaschen, zu 100% recycled – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

In den letzten Jahren hat sich das enzymatische Recycling von Kunststoffen zu einer attraktiven und umweltfreundlichen Strategie entwickelt, um die mit Kunststoffabfällen verbundenen Probleme zu verringern. Zwar gibt es bereits eine Reihe von Methoden für das Recycling von Kunststoffen, doch Enzyme könnten eine kostengünstigere und energieeffizientere Alternative darstellen. Darüber hinaus könnten sie für den selektiven Abbau bestimmter Bestandteile gemischter Kunststoffabfallströme eingesetzt werden, die mit den bestehenden Technologien nur schwer zu recyceln sind.

Obwohl die Technologie vielversprechend ist, gibt es erhebliche Hürden, die überwunden werden müssen, damit enzymatisches Kunststoffrecycling auf breiter Basis im kommerziellen Maßstab eingesetzt werden kann. Eine Herausforderung besteht beispielsweise darin, dass natürliche Enzyme, die Kunststoffe abbauen können, in der Regel weniger effektiv sind und unter den für einen großtechnischen Prozess erforderlichen Bedingungen instabil sind.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben Forscher der Universität Manchester über eine neue Enzym-Engineering-Plattform berichtet, mit der die Eigenschaften von kunststoffabbauenden Enzymen schnell verbessert werden können, um sie für das Kunststoffrecycling in großem Maßstab besser geeignet zu machen. Ihre integrierte und automatisierte Plattform kann die Fähigkeit zum Kunststoffabbau von rund 1.000 Enzymvarianten pro Tag erfolgreich bewerten.

Elizabeth Bell leitete die experimentellen Arbeiten am MIB: „Die Anhäufung von Plastik in der Umwelt ist eine große globale Herausforderung. Aus diesem Grund wollten wir unsere Möglichkeiten der Enzymevolution nutzen, um die Eigenschaften der kunststoffabbauenden Enzyme zu verbessern und so zur Linderung einiger dieser Probleme beizutragen. Wir hoffen, dass unsere skalierbare Plattform es uns in Zukunft ermöglichen wird, schnell neue und spezifische Enzyme zu entwickeln, die für den Einsatz in groß angelegten Kunststoffrecyclingprozessen geeignet sind.“

Um ihre Plattform zu testen, entwickelten sie ein neues Enzym, HotPETase, durch die gezielte Evolution von PETase. PETase ist ein kürzlich entdecktes Enzym, das von dem Bakterium Ideonella sakaiensis produziert wird und PET als Kohlenstoff- und Energiequelle nutzen kann.

PETase hat zwar die natürliche Fähigkeit, einige teilkristalline Formen von PET abzubauen, aber das Enzym ist bei Temperaturen über 40 °C instabil, also weit unter den gewünschten Prozessbedingungen. Diese geringe Stabilität bedeutet, dass die Reaktionen bei Temperaturen unterhalb der Glasübergangstemperatur von PET (~65 °C) durchgeführt werden müssen, was zu niedrigen Depolymerisationsraten führt.

Um dieser Einschränkung zu begegnen, entwickelte das Team ein thermostabiles Enzym, HotPETase, das bei 70 °C aktiv ist, also oberhalb der Glasübergangstemperatur von PET. Dieses Enzym kann teilkristallines PET schneller depolymerisieren als bisher bekannte Enzyme und kann die PET-Komponente eines laminierten Verpackungsmaterials selektiv abbauen, was die Selektivität verdeutlicht, die durch enzymatisches Recycling erreicht werden kann.

Professor Anthony Green, Dozent für organische Chemie, sagte: „Die Entwicklung von HotPETase veranschaulicht sehr schön die Möglichkeiten unserer Enzym-Engineering-Plattform. Wir freuen uns nun auf die Zusammenarbeit mit Verfahrenstechnikern und Polymerwissenschaftlern, um unser Enzym in realen Anwendungen zu testen. Wir sind zuversichtlich, dass sich unsere Plattform in Zukunft als nützlich erweisen wird, um effizientere, stabilere und selektivere Enzyme für das Recycling einer breiten Palette von Kunststoffen zu entwickeln.“

Die Entwicklung robuster kunststoffabbauender Enzyme wie HotPETase und die Verfügbarkeit einer vielseitigen Enzym-Engineering-Plattform leisten einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung einer biotechnologischen Lösung für das Problem der Kunststoffabfälle. Um diese vielversprechende Technologie voranzubringen, bedarf es nun einer gemeinschaftlichen und multidisziplinären Anstrengungvon Biotechnologen, Verfahrenstechnikern und Polymerwissenschaftlern aus dem akademischen und industriellen Bereich. Da die Welt mit einem immer größer werdenden Abfallproblem konfrontiert ist, könnte die Biotechnologie eine ökologisch nachhaltige Lösung bieten.

Kategorien Forschung, News, Umweltpolitik, Wirtschaft Schlagworte PET

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