Keine zwei Jahre ist es her, dass ein Forschungsteam der Universität Leipzig berichtete, ein Enzym entdeckt zu haben, das in hoher Geschwindigkeit den Kunststoff Polyethylenterephthalat – besser bekannt als PET – abbaut. Jetzt haben die Fachleute nachgelegt und dieses Enzym noch weiter verbessert.

Aufbau auf erfolgreicher Vorarbeit

„Unser vorangegangener Artikel zur Entdeckung dieses Enzyms im Sommer 2021 hat bereits hohe Wellen geschlagen“, erinnert sich Christian Sonnendecker, der maßgeblich an der Erstveröffentlichung beteiligt war. „Diese hervorragende Teamarbeit avancierte zum erfolgreichsten Forschungsartikel, den es bislang im Journal ChemSusChem gegeben hat.“ Im renommierten Fachjournal „Nature Communications“ beschreiben die Forschenden nun Veränderungen des Enzyms, die dessen Effizienz als Katalysator für den Abbau von PET verbessert haben.

Begonnen hat diese Arbeit damit, die räumliche Struktur der sogenannten Polyesterhydrolase PHL7 aufzuklären. Auf dieser Grundlage stellten weitere Arbeitsgruppen quantenmechanische Berechnungen an und simulierten am Computer die Proteindynamik, um den Reaktionsmechanismus des Enzyms genauer zu verstehen. Welchen Aminosäuren des Enzyms kommen entscheidende Funktionen zu? Wie müsste man das Enzym verändern, um die Reaktion noch effizienter ablaufen zu lassen? „Diese Vorhersagen und Berechnungen sind extrem hilfreich, um ein Enzym rational zu verbessern“, erklärt Sonnendecker, „aber am Ende entscheidet natürlich das Experiment“.

Aktivität und Stabilität gesteigert

Dank der theoretischen Vorarbeiten verlief eben dieses Experiment höchst erfolgreich, wie Sonnendecker weiter ausführt: „Wir haben die vorgeschlagenen Veränderungen des Enzyms gentechnisch realisiert und konnten sowohl die Aktivität als auch die Stabilität weiter steigern, was für technische Anwendungen enorm wichtig ist.“

Das Ende der Forschung ist damit jedoch noch nicht erreicht. Mittels der noch jungen Kernresonanz-Spektroskopie wollen die Forschenden die Wechselwirkung zwischen Enzym und Kunststoff noch genauer untersuchen. Außerdem ist eine dritte Generation des Enzyms in Arbeit, das diesmal nicht primär durch rationales Design durch Menschen entwickelt wird. Erstmals berücksichtigen die Forschenden beim Aufbau des Enzyms auch Vorhersagen einer Künstlichen Intelligenz.

Kunststoff der Zukunft ist biobasiert

Die Zukunft allerdings, da sind sich die Projektbeteiligten einig, gehört nicht dem Recycling von Kunststoffen auf Erdölbasis wie dem PET, sondern biobasierten Kunststoffen, die von vornherein einfacher biologisch abbaubar sind.

bl