Robert Klatt
Eine Enzym-Mutation ermöglicht es Bakterien, den oft verwendeten Kunststoff PET in Rekordzeit abzubauen. Das Plastikmüllproblem könnte so gelöst werden.
Austin (U.S.A.). Laut Schätzungen wird global nur etwa ein Zehntel des Plastikmülls wiederverwertet. Auch in Deutschland ist die Recyclingquote von Plastikmüll laut einer Studie des Bunds für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND) und der Heinrich-Böll-Stiftung gering. Das übrige Plastik wird hingegen deponiert oder verbrannt. Das ist nicht nur teuer und energieintensiv, sondern auch sehr umweltschädlich. Auch die gängigen Recyclingmethoden Methanolyse, Glycolyse und Pyrolyse sind teuer und sehr energieaufwendig.
Die Wissenschaft sucht deshalb schon lange nach biologischen Methoden zum Recycling von Kunststoffen, bei denen Enzyme die Produkte in ihrer Bestandteile zersetzen. Bisher konnten diese Enzyme aber nur bei hohen Temperaturen effizient arbeiten.
Wissenschaftler der Universität Austin haben nun ein natürliches Enzym so modifiziert, dass Bakterien damit Polyethylenterephthalat (PET) abbauen können. Die Mutation mit dem Namen FAST-PETase kann laut der Publikation im Fachmagazin Nature bereits bei einer Temperatur von 50 Grad Celsius seine Arbeit absolvieren. Ausgewählt hat die Forschergruppe von der Cockrell School of Chemical Engineering PET aus der Gruppe thermoplastischer Kunstharze, weil dieser Kunststoff etwa zwölf Prozent des globalen Abfalls ausmacht.
Bakterien, die über das modifizierte Enzym FAST-PETase verfügen, können den Kunststoff in seine Grundbestandteile zerlegen. Diese Depolymerisation erfolgt in wenigen Tagen. In der Umwelt würde dieser Prozess Jahrhunderte dauern. Zudem können die Bakterien die Monomere im Anschluss mit dem Prozess Depolymerisation wieder zusammenzusetzen.
Entdeckt wurde das besonders effiziente Enzym mithilfe einer Künstlichen Intelligenz (KI), die die verschiedenen Möglichkeiten simulierte. Es wurde so die beste Kombination für eine schnelle Depolymerisierung bei niedrigen Temperaturen gefunden. „Diese Arbeit zeigt, wie gut es ist, verschiedene Disziplinen zusammenzubringen, von der synthetischen Biologie über die chemische Technik bis hin zur künstlichen Intelligenz“, kommentiert Andrew Ellington vom Center für Systeme und synthetische Biologie. In der Praxis wurde das Enzym anhand von 51 Kunststoffbehältern und fünf verschiedenen Polyesterfasern untersucht. Diese wurden durch die Bakterien in Rekordzeit zersetzt.
Nun wollen die Wissenschaftler die Enzymproduktion erhöhen und die industrielle Nutzbarkeit ihres Verfahrens untersuchen. Zudem prüfen sie Möglichkeiten zur Umweltsanierung, bei denen die modifizierten Bakterien verunreinigte Regionen reinigen könnten.
Nature, doi: 10.1038/s41586-022-04599-z
