Wissenschaftler hoffen, dass ein sogenanntes „Super-Enzym“, das Plastik frisst, „ein bedeutender Fortschritt“ bei der Suche nach Lösungen zur Bekämpfung der Umweltverschmutzungskrise sein könnte.
Das verbesserte Protein besteht aus zwei Enzymen, die von einer Bakterienart produziert werden, die sich von Plastikflaschen ernährt, bekannt als Ideonella sakaiensis .
Professor John McGeehan, Direktor des Center for Enzyme Innovation (CEI) an der University of Portsmouth, sagte, dass das Superenzym im Gegensatz zum natürlichen Abbau, der Hunderte von Jahren dauern kann, in der Lage ist, den Kunststoff wieder in seine ursprünglichen Materialien umzuwandeln Bausteine in nur wenigen Tagen.
„Derzeit beziehen wir diese Bausteine aus fossilen Ressourcen wie Öl und Gas, was wirklich nicht nachhaltig ist“, sagte er. „Aber wenn wir dem Kunststoffabfall Enzyme hinzufügen können, können wir innerhalb weniger Tage damit beginnen, ihn abzubauen .“
Er sagte, das Verfahren würde es auch ermöglichen, Kunststoffe „endlos herzustellen und wiederzuverwenden, wodurch unsere Abhängigkeit von fossilen Ressourcen verringert wird“.
Im Jahr 2018 entdeckten Prof. McGeehan und sein Team zufällig, dass eine konstruierte Version eines der Enzyme, bekannt als PETase, in der Lage war, Kunststoff innerhalb weniger Tage abzubauen.
Als Teil ihrer aktuellen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences mischte das Team PETase mit dem zweiten Enzym namens MHETase und stellte fest, dass „die Verdauung der Plastikflaschen buchstäblich verdoppelt wurde“. Die Forscher verbanden die beiden Enzyme dann im Labor mithilfe von Gentechnik wie „zwei Pac-Männer, die durch ein Stück Schnur verbunden sind“.
„Auf diese Weise konnten wir ein Superenzym sechsmal schneller herstellen als das ursprüngliche PETase-Enzym allein. Dies ist ein ziemlich bedeutender Fortschritt, da das Plastik, das heute in unseren Ozeanen landet, Hunderte von Jahren brauchen wird, um auf natürliche Weise abgebaut zu werden", sagte Prof. McGeehan.
„[Irgendwann] wird es durch Sonnenlicht und Wellenbewegungen in immer kleinere Teile zerfallen – und wir werden am Ende Mikroplastik haben, das ein ernstes Problem für die in der Umwelt lebenden Organismen darstellt.“
Tests zeigten, dass dieses Superenzym in der Lage war, eine Kunststoffart, die in Verpackungen für Erfrischungsgetränke und Fruchtsäfte verwendet wird und als PET (Polyethylenterephthalat) bekannt ist, abzubauen. Obwohl es angeblich sehr gut recycelbar ist, verbleibt weggeworfenes PET Hunderte von Jahren in der Umwelt, bevor es abgebaut wird.
Neben PET wirkt das Superenzym auch auf PEF (Polyethylenfuranoat), einen zuckerbasierten Biokunststoff, der in Bierflaschen verwendet wird. Prof. McGeehan sagte jedoch, dass es andere Arten von Kunststoff nicht abbauen kann.
In Zusammenarbeit mit US-Kollegen verwendete Prof. McGeehan intensive Röntgenstrahlen in der Synchrotron-Anlage Diamond Light Source in Harwell, Oxfordshire, um 3D-Strukturen der Enzyme zu kartieren. Diese molekularen Blaupausen ermöglichten es den Forschern, das Superenzym mit einer verbesserten Fähigkeit zum Angriff auf Kunststoff herzustellen.
Als Teil der nächsten Schritte suchen die Forscher nach Möglichkeiten, den Abbauprozess noch weiter zu beschleunigen, damit die Technologie für kommerzielle Zwecke genutzt werden kann.
„Je schneller wir die Enzyme herstellen können, desto schneller können wir das Plastik abbauen und desto kommerziell rentabler wird es“, sagte Prof. McGeehan. „Öl ist sehr billig, also müssen wir damit konkurrieren, indem wir ein sehr billiges Recycling haben Prozess.“