Umwelt: Enzym-Duo hilft beim Kampf gegen die Plastikflut

Plastikmüll gehört zu einen der großen Umweltprobleme unserer Zeit. Er schwimmt im Meer, lagert sich in Böden ab und findet als Mikroplastik sogar den Weg in den Körper von Lebewesen. Die meisten Kunststoffe sind kaum biologisch abbaubar und bleiben deshalb potentiell über Jahrhunderte in der Umwelt. Ein plastikfressendes Bakterium soll Abhilfe schaffen. Dieses zersetzt Plastik aber nicht schnell genug. US-Forscher haben nun jedoch einen Weg gefunden, dem Prozess Beine zu machen.

Doppelenzym gegen Plastikmüll

Entdeckt wurde das Bakterium Ideonella sakaiensis bereits 2016. Die kleinen Lebewesen sind in der Lage, den Kunststoff PET mithilfe zweier Enzyme in seine Einzelteile zu zersetzen. Seit der Entdeckung wurde das eine Enzym des Bakteriums – PETase – gründlich analysiert. Forscher konnten seine Effizienz verdoppeln und sogar Kieselalgen damit ausrüsten, die das Mikroplastik im Ozean abbauen könnten. Aber für sich genommen arbeitet dieses Enzym nicht effektiv und schnell genug, um im großen Maßstab gegen Plastikmüll eingesetzt werden.

Es liegt also nahe, auch das zweite Enzym von Ideonella sakaiensis genauer zu untersuchen. Das haben Forscher rund um Brandon Knott vom National Renewable Energy Laboratory in Colorado nun getan. Die PETase zerlegt den Kunststoff Polyethylenterephtalat (PET) in kleinere Terephtalat-Stücke. Das zweite Entym heißt MHETase und wandelt diese Terephtalat-Stücke dann in Terephtalsäure (TPA) und Ethylenglykol um. Beide Stoffe können entweder weiter abgebaut oder als chemische Grundbausteine verwendet werden.

Ohne die PETase ist die MHETase nutzlos. Sie kann keinen Kunststoff abbauen. Allerdings wiesen die Forscher nach, dass der PET-Abbau mit beiden Enzymen doppelt so schnell vonstatten geht wie wenn nur die PETase zum Einsatz kommt. Aber das reichte dem Team nicht: „ Wir haben uns entschlossen, beide Enzyme physikalisch zu verbinden – wie zwei Pac-Man, die über ein Stück Schnur verknüpft sind“, so Koautor John McGeehan von der University of Portsmouth.

Forscher versechsfachen das Abbautempo

Diese Verbindung erreichten die Forscher, indem sie die Struktur der MHETase zunächst mittels des Röntgenlichts eines Elektronensynchrotrons bis auf die atomare Ebene hinab abbildeten. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse nutzten sie, um beide Enzyme mit einer kovalenten Bindung aneinander. Das so gewonnene Doppelenzym überzeugte auf ganzer Linie: „ Wir waren begeistert zu sehen, dass unser neues Chimären-Enzym bis zu dreimal schneller arbeitet als die beiden einzelnen Enzyme. Dies eröffnet neue Wege für weitere Optimierungen“, so die Forscher. Zieht man in Betracht, dass die PETase bereits im Labor optimiert wurde, ist das Abbautempo des Doppelenzyms sechs mal höher als das des Bakteriums in seiner Grundform.

Die Forscher sind sich sicherer, dass aus der Natur abgeleitete Enzyme in Zukunft beim Abbau des Plastikmülls eine wichtige Rolle spielen werden. Mittels Enzym-Cocktails ließe sich so auch das Problem des Recyclings nicht sortenreiner Kunststoffabfälle lösen. Diese lassen sich bisher nur sehr schwer trennen, was das Recycling enorm erschwert. „ Das Konzept, synthetische Polymere in gemischten Plastikabfällen mit einem fortgeschrittenen Enzymmix abzubauen, eröffnet spannende Möglichkeiten über das PET hinaus“, so die Forscher.

via University of Portsmouth