Kunststoffabbauende Enzyme gegen Plastikflut

Kunststoffabfälle in der Umwelt benötigen hunderte von Jahren, um zu zerfallen. Durch Recycling will man alten Kunststoff wiederverwerten, doch kosten diese Verfahren viel Energie. Eine biotechnologische Lösung zur Bewältigung der wachsenden Plastikberge verspricht der Abbau mit spezifischen Enzymen. Er stellt eine kostengünstigere und umweltfreundlichere Alternative zum herkömmlichen Recycling dar. Zudem können Enzyme bestimmte Stoffe in einem Kunststoffgemisch selektiv zersetzen, welche in einer Abfalltrennanlage nicht separiert werden können.

Doch dem Einsatz der plastikverwertenden Enzyme im industriellen Maßstab steht entgegen, dass natürlich vorkommende Enzyme bei hohen Temperaturen instabil sind und nicht so effizient arbeiten, wie es für ein großtechnisches Verfahren notwendig wäre. Mit der neu entwickelten Plattform können die Eigenschaften der Enzyme optimiert werden.

Poly(ethylen)terephthalat (PET) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der durch Polykondensation entsteht. Der teilkristalline Thermoplast gehört zur Familie der Polyester. Es existieren zwei Varianten von PET: Das kristalline PET und das amorphe PET.

Das Bakterium Ideonella sakaiensis produziert IsPETase, ein Enzym, das einige teilkristalline Formen von PET zur Energiegewinnung nutzt und es zu Kohlenstoff abbaut. Das Enzym ist bei über 40 Grad instabil und daher für den Einsatz in der industriellen Kunststoffverwertung nicht geeignet. Die Forscher veränderten das Enzym mit Hilfe der neu entwickelten Plattform und entwickelten daraus ein neues Enzym, die HotPETase. Diese ist thermostabil und bei 70 Grad aktiv, welches etwa der Glasübergangstemperatur entspricht. Dies ist die Temperatur, bei der Glas oder Kunststoff, beides Polymere, vom elastischen, flexiblen Zustand in einen spröden Zustand übergehen.

Das Enzym depolymerisiert teilkristallines PET bedeutend schneller und kann es auch selektiv in einem Verpackungsgemisch abbauen.

Professor Anthony Green, Dozent für organische Chemie an der Universität von Manchester betonte, wie nützlich die Plattform künftig zur Entwicklung „effizienterer, stabilerer und selektiverer Enzyme für das Recycling einer breiten Palette von Kunststoffen" ist. Damit die biotechnologische Lösung zum Einsatz kommen kann, sind aber weitere gemeinschaftliche Forschungsarbeiten von Verfahrenstechnikern und Polymerwissenschaftlern notwendig.

Ihre Arbeit haben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature Catalysis vorgestellt.