Beim Durchstöbern eines Komposthaufens auf einem Leipziger Friedhof fanden Christian Sonnendecker und sein Forschungsteam sieben Enzyme, die sie noch nie zuvor gesehen hatten.
Sie suchten nach Proteinen, die PET-Kunststoff fressen würden – den am höchsten produzierten Kunststoff der Welt. Es wird häufig für Mineralwasser und Lebensmittel wie Trauben verwendet.
Die Wissenschaftler hätten sich nicht viel erwartet, als sie die Proben zurück ins Labor brachten, sagte Sonnendecker bei einem Besuch der DW im Labor der Universität Leipzig.
Es war erst die zweite Müllhalde, die sie durchwühlt hatten, und sie dachten, PET-fressende Enzyme seien selten.
Aber in einer der Proben fanden sie ein Enzym oder Polyesterhydrolase namens PHL7. Und es schockierte sie. Das PHL7-Enzym zersetzte ein ganzes Stück Plastik in weniger als einem Tag.
Um zu testen, wie schnell die sieben Enzyme PET abbauen, gaben Sonnendecker und sein Team sieben einzelne Reagenzgläser mit einer Mischung aus Wasser, einem Phosphatpuffer, der beispielsweise häufig zum Nachweis von Bakterien verwendet wird, und dem neuen Enzym
Nachdem die Mischung in die Reagenzgläser gegeben wurde, fügte das Team jedem Behälter winzige PET-Plastiksplitter hinzu, um zu sehen, wie schnell der Abbau dauerte
Zwei Enzyme „fressen“ Plastik: PHL7 vs. LCC
PHL7 scheint PET-Plastik mal schneller zu „fressen“ als LCC, ein Standardenzym, das heute in Experimenten zum Verzehr von PET-Plastik verwendet wird.
Um sicherzustellen, dass ihre Entdeckung kein Zufall war, verglich Sonnendeckers Team PHL7 mit LCC, wobei beide Enzyme mehrere Plastikbehälter zersetzten. Und sie stellten fest, dass es stimmte: PHL7 war schneller.
„Ich hätte gedacht, dass man an Hunderten von verschiedenen Stellen Proben nehmen müsste, bevor man eines dieser Enzyme findet“, sagte Graham Howe, ein Enzymologe an der Queens University in Ontario, Kanada.
Howe, der sich ebenfalls mit dem PET-Abbau beschäftigt, aber nicht an der Leipziger Forschung beteiligt war, zeigte sich verblüfft von dem Studie veröffentlicht in Chemistry Europe.
„Anscheinend geht man in die Natur und es wird überall Enzyme geben, die das tun“, sagte Howe.
PET-Kunststoff ist jeder
Obwohl PET-Kunststoff recycelt werden kann, wird er nicht biologisch abgebaut. Wie Atommüll oder ein böser Kommentar zu Ihrem Partner, sobald PET-Kunststoff hergestellt wird, verschwindet er nie wirklich.
Es kann zu neuen Produkten umgestaltet werden – es ist zum Beispiel nicht schwer, eine Tragetasche aus recycelten Wasserflaschen herzustellen. Doch die Qualität des Kunststoffs lässt mit jedem Zyklus nach.
So wird viel PET schließlich zu Produkten wie Teppichen und – ja – einer exorbitanten Anzahl von Tragetaschen verarbeitet, die auf Mülldeponien landen.
Es gibt zwei Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen: Die erste besteht darin, die Produktion des gesamten PET-Kunststoffs einzustellen.
Aber das Material ist so weit verbreitet, dass selbst wenn die Unternehmen die Produktion sofort einstellen würden, noch Tausende von Jahren Millionen leerer Softdrinkflaschen – oder aus diesen Flaschen hergestellte Tragetaschen – herumliegen würden.
So sieht ein Traubenbehälter aus, nachdem er mit dem Enzym PHL7 behandelt wurde – die weißen Partikel sind Reste von Terephthalsäure und Ethylenglykol, Chemikalien, die verwendet werden können, um brandneues PET herzustellen, anstatt eine minderwertige Version
Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Kunststoff zum Abbau zu zwingen. Wissenschaftler haben jahrzehntelang versucht, Enzyme zu finden, die dies tun, und im Jahr 2012 fanden sie LCC oder „leaf-branch compost cutinase“.
LCC war ein großer Durchbruch, weil es zeigte, dass PETase, ein Bestandteil von LCC, zum Abbau von PET-Kunststoff verwendet werden kann, wenn es mit einem anderen Enzym namens Esterase kombiniert wird.
Esterase-Enzyme werden verwendet, um chemische Bindungen in einem als Hydrolyse bezeichneten Prozess aufzubrechen.
Wissenschaftler, die an LCC arbeiten, haben herausgefunden, dass das Enzym nicht zwischen natürlichen Polymeren und synthetischen Polymeren unterscheidet – letztere sind Kunststoffe. Stattdessen erkennt LCC PET-Kunststoff als natürlich vorkommende Substanz an und verzehrt ihn wie ein natürliches Polymer.
Engineering der Enzyme
Seit der Entdeckung von LCC suchen Forscher wie Sonnendecker nach neuen PET-fressenden Enzymen in der Natur. LCC ist gut, sagen sie, aber es hat Grenzen. Es ist schnell für das, was es ist, aber es dauert immer noch Tage, PET abzubauen, und die Reaktionen müssen bei sehr hohen Temperaturen stattfinden.
Andere Wissenschaftler und Forscher haben versucht herauszufinden, wie LCC konstruiert werden kann, um es effizienter zu machen.
Eine französische Firma namens Carbios macht das. Sie sind Engineering LCC um ein schnelleres, effizienteres Enzym zu schaffen.
An anderer Stelle haben Forscher der University of Texas in Austin eine erstellt PET frisst Protein unter Verwendung eines maschinellen Lernalgorithmus. Sie sagen, dass ihr Protein PET-Kunststoff in 24 Stunden abbauen kann.
David Zechel, Professor für Chemie an der Queen’s University, sagte, dass diese Ansätze immer mit etwas Bekanntem beginnen – die Forscher finden nicht unbedingt etwas Neues, sondern arbeiten daran, das bereits Entdeckte zu verbessern.
Das Team testet eine „Vorbehandlung“, die auf Erfrischungsgetränkeflaschen wie diese im Glas aufgetragen wird, bevor sie durch das Enzym PHL7 abgebaut wird
Diese Art der Technik ist wichtig, da Forscher versuchen, das optimale Enzym zum Abbau von PET zu schaffen, sagte Zechel.
Die Arbeit von Sonnendecker zeigt, dass „wir nicht einmal im Entferntesten an der Oberfläche gekratzt haben“, was das Potenzial natürlich vorkommender Enzyme „in Bezug auf PET“ betrifft, sagte er.
Flaschen werden immer noch nicht biologisch abgebaut
Auch das neu entdeckte Enzym von Sonnendecker hat seine Grenzen. Es kann die Behälter zersetzen, in denen Sie Ihre Trauben im Lebensmittelgeschäft kaufen, aber es kann keine Erfrischungsgetränkeflasche zersetzen. Noch nicht.
Der in Getränkeflaschen verwendete PET-Kunststoff wird gestreckt und chemisch verändert, wodurch er schwieriger biologisch abbaubar ist als das in Weintraubenbehältern verwendete PET.
In Tests hat Sonnendeckers Team eine Vorbehandlung entwickelt, die auf PET-Flaschen aufgetragen wird und es dem Enzym erleichtert, den Kunststoff abzubauen. Aber diese Forschung muss noch veröffentlicht werden.
Mit Hilfe der Industrie, sagte der Forscher, könnte die Technologie, die PHL7 zum Abbau von PET in großem Maßstab verwendet, in etwa vier Jahren fertig sein.
Herausgegeben von: Zulfikar Abbany
