Neue Enzym-Entdeckung ist ein weiterer Schritt zur Bekämpfung von Plastikmüll

Studie soll helfen, die Herausforderung der Verschmutzung durch Plastik zu bewältigen und Plastikabfälle in wertvolle Produkte umzuwandeln

23.03.2022 - Großbritannien

Wissenschaftler haben Pionierarbeit bei der Verwendung von Enzymen zum Abbau von Kunststoff geleistet. Dies stellt einen wichtigen nächsten Schritt für die Entwicklung naturbasierter Lösungen zur Bewältigung der globalen Plastikkrise dar. Die Forschenden haben ein Enzym charakterisiert, das die bemerkenswerte Fähigkeit besitzt, Terephthalat (TPA) abzubauen, einen der chemischen Bausteine des Kunststoffs Polyethylenterephthalat (PET), der zur Herstellung von Einweg-Getränkeflaschen, Kleidung und Teppichen verwendet wird.

Die in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Forschungsarbeit wurde gemeinsam geleitet von Professor Jen DuBois, Montana State University und Professor John McGeehan, University of Portsmouth, unter dessen Leitung 2018 ein internationales Team ein natürliches Enzym entwickelte, das PET-Kunststoff abbauen kann. Die Enzyme (PETase und MHETase) zerlegen das PET-Polymer in die chemischen Bausteine Ethylenglykol (EG) und TPA. Die neue Forschungsarbeit beschreibt die nächsten Schritte, insbesondere für das Management von TPA.

„Während EG eine Chemikalie mit vielen Verwendungszwecken ist – es ist zum Beispiel Bestandteil des Frostschutzmittels in Ihrem Auto – hat TPA nicht viele Verwendungszwecke außerhalb von PET, noch ist es etwas, das die meisten Bakterien überhaupt verdauen können. Das Team in Portsmouth fand jedoch heraus, dass ein Enzym von PET-verzehrenden Bakterien TPA perfekt erkennt. Unsere Gruppe an der MSU hat dann gezeigt, dass dieses Enzym, TPADO genannt, TPA und so gut wie nur TPA mit erstaunlicher Effizienz abbaut,“ so Professor DuBois.

Angesichts von mehr als 400 Millionen Tonnen Plastikmüll, die jedes Jahr produziert werden und von denen der überwiegende Teil auf Mülldeponien landet, hofft man, dass diese Arbeit die Tür zur Verbesserung bakterieller Enzyme wie TPADO öffnet. Dies wird dazu beitragen, die Herausforderung der Plastikverschmutzung zu bewältigen und biologische Systeme zu entwickeln, die Plastikabfälle in wertvolle Produkte umwandeln können.

Professor McGeehan, der das Zentrum für Enzyminnovation der Universität leitet, führt aus: „In den letzten Jahren wurden unglaubliche Fortschritte bei der Entwicklung von Enzymen erzielt, die PET-Kunststoff in seine Bausteine zerlegen. Diese Arbeit geht noch einen Schritt weiter und befasst sich mit dem ersten Enzym in einer Kaskade, das diese Bausteine in einfachere Moleküle zerlegen kann. Diese können dann von Bakterien genutzt werden, um nachhaltige Chemikalien und Materialien zu erzeugen, die wertvolle Produkte aus Plastikabfällen herstellen.

Mit Hilfe leistungsstarker Röntgenstrahlen an der Diamond Light Source konnten wir eine detaillierte 3D-Struktur des TPADO-Enzyms erstellen, die zeigt, wie es diese wichtige Reaktion durchführt. Dies liefert Forschern eine Blaupause für die Entwicklung schnellerer und effizienterer Versionen dieses komplexen Enzyms.“

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Originalveröffentlichung

Kincannon WM, Zahn M, Clare R, Lusty Beech J, Romberg A, Larson J, Bothner B, Beckham GT, McGeehan JE, DuBois JL. Biochemical and structural characterization of an aromatic ring-hydroxylating dioxygenase for terephthalic acid catabolism. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Mar 29;119(13):e2121426119. Epub 2022 Mar 21.

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