Neues plastikfressendes Enzym könnte die Lösung für Plastikmüll sein
Die Welt versinkt in Plastik. Inzwischen wurde Mikro- und Nanoplastik bereits in allen Ökosystemen nachgewiesen, von der Tiefsee bis zu hochalpinen Gletschern. Das Problem ist: Plastikteilchen werden im Laufe der Jahrzehnte zwar ständig kleiner, laut Umweltbundesamt wird aber davon ausgegangen, dass Mikroorganismen nicht in der Lage sind, Plastik vollständig zu zersetzen. Der Lösung dieses Problems scheinen nun Forscher:innen aus Texas auf der Spur zu sein. Sie entwickelten eine Enzymvariante, die Plastik innerhalb kürzester Zeit zersetzen kann.
Die Studie aus der University of Texas at Austin, die am 27. April im Fachmagazin Nature veröffentlicht wurde, geht davon aus, dass das Verfahren zukünftig im Recycling von PET eingesetzt werden kann. PET, oder Polyethylenterephthalat, macht laut Studie 12 Prozent des gesamten festen Abfalls auf der Welt aus. Milliarden Tonnen des Materials stapeln sich auf Müllhalden und verschmutzen Landschaften und Meere. Mit dem Enzym lasse sich die Recyclingfähigkeit dieser Müllberge massiv verbessern.
Neues Enzym arbeitet schnell und mit niedrigen Temperaturen
Die Idee, mithilfe von Enzymen Plastik zu zersetzen, ist dabei nicht neu. Bisher scheiterte es jedoch meist an der Empfindlichkeit und langsamen Reaktionsrate dieser Biokatalysatoren. Das neu entwickelte Enzym konnte hingegen das Plastik innerhalb weniger Stunden aufspalten (Depolymerisation) und sie chemisch wieder zusammensetzen (Repolymerisation). In einigen Fällen brauchte es nicht einmal 24 Stunden, um eine Plastikverpackung komplett auf seine Grundeinheiten (Monomer) zu zerlegen. Diese können dann wiederverwendet werden, um neues PET herzustellen.
Gefährliche Kunststoffe: Wie sich Mikroplastik auf die Evolution auswirkt
„Die Möglichkeiten sind branchenübergreifend endlos, um diesen hochmodernen Recyclingprozess zu nutzen“, ist Hal Alper, Professor am McKetta Department of Chemical Engineering an der UT Austin, in einer Aussendung überzeugt. „Durch diese nachhaltigeren Enzym-Methoden können wir uns eine echte Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe vorstellen.“
Machine Learning verhalf zum Durchbruch
Die Forscher:innen stellten das Enzym dabei mithilfe eines Machine-Learning-Modells her. Das bereits bekannte Enzym namens PETase wurde dabei digital auf verschiedene neue Mutationen getestet. Der Computer berechnete dabei, welche Mutationen den Plastikabbau verbessern und beschleunigen können. Das so neu entwickelte Enzym namens FAST-PETase (functional, active, stable and tolerant PETase) erwies sich als vielversprechend und leicht zu handhaben. Es zersetzt das Plastik bereits bei Temperaturen von unter 50 Grad Celsius – frühere Enzyme brauchten im Vergleich dazu deutlich mehr Hitze.
Als Nächstes will das Forscher:innenteam ihre Enzymproduktion auf ein industrielles Niveau hochskalieren. Die Wissenschafler:innen meldeten bereits ein Patent an und schielen auf verschiedene Anwendungsgebiete. So könne das Enzym etwa den Plastikmüll auf Müllhalden reduzieren, es birgt aber auch das Potential, Naturverschmutzung zu verringern. Das Team arbeitet bereits an Methoden, das Enzym in die Natur zu bringen, um dort Verschmutzungen direkt aufzulösen. „Wenn wir die Reinigung der Umwelt in Betracht ziehen, brauchen wir ein Enzym, das bei Umgebungstemperatur wirken kann. In diesem Bereich hat unsere Technologie in Zukunft einen großen Vorteil“, so Alper.
