Gegen Plastikmüll: Dieses Enzym zersetzt Plastikflaschen innerhalb von 24 Stunden

Die Idee, mit Hilfe von Enzymen gegen Plastikmüll vorzugehen, ist keineswegs neu, gewinnt aber derzeit einiges an Momentum. Die Effizienz entsprechender Ansätze steigt zusehends, und inzwischen gibt es Enzyme, die verschiedene Kunststoffe bis runter auf die einzelnen Moleküle zersetzen können. In diese Bresche schlägt eine Studie von Forscher:innen der University of Texas, in der mit Hilfe von maschinellem Lernen ein Enzym gefunden wurde, das einige Kunststoffarten in nur 24 Stunden zersetzen kann – und das mit einer Stabilität, die auch den Einsatz im größeren Stil rechtfertigen würde.

Neues Enzym dank maschinellem Lernen

Die Möglichkeit, Enzyme zum Zersetzen von Kunststoffen zu nutzen, wird bereits seit mehr als einem Jahrzehnt untersucht. In den letzten fünf Jahren konnten in dem Bereich erhebliche Fortschritte erzielt werden. So gelang es Forscher:innen in Japan im Jahr 2016, ein Bakterium zu entdecken, dass mit Hilfe von Enzymen PET-Kunststoffe innerhalb weniger Wochen zersetzen konnte. Eine künstliche Version dieser Enzyme namens PETase konnte die beim Zersetzungsvorgang erzielte Geschwindigkeit weiter verbessern, und 2020 konnte ein Enzym entwickelt werden, dass PET-Kunststoffe sechs Mal schneller als das Ausgangsbakterium zersetzen kann. Allerdings funktioniert diese Methode bisher nur schlecht, wenn die Umgebungstemperatur zu niedrig ist oder die Enzyme unterschiedlichem pH-Level ausgesetzt sind.

Forscher:innen der University of Texas wollten sich den Nachteilen dieser Methode annehmen und haben ein Modell für maschinelles Lernen entwickelt, dass vorhersagen kann, welche PETase-Mutationen welche Eigenschaften aufweisen werden. Im Rahmen der Entwicklung haben die Forscher:innen einige PET-Produkte wie etwa Plastikflaschen und Kunststoff-Stoffe genauer untersucht, um dann mit Hulfe des Modells ein neues, verbessertes Enzym namens FAST-PETase zu entwickeln. Die Abkürzung FAST steht dabei für „functional, active, stable and tolerant“.

Schnelle Zersetzung bei niedrigen Temperaturen

Dieses neu entwickelte Enzym hat sich als äußerst effizient herausgestellt, wenn es darum geht, PET bei Temperaturen zwischen 30 und 50 Grad und bei verschiedenen pH-Werten zu zersetzen. In einigen Experimenten gelang dies sogar in einem Zeitraum von 24 Stunden. Die Forscher:innen zeigten auch, dass FAST-PETase in einem Recyclingprozess genutzt werden kann, in dem aus PET-Kunststoff Monomere zurückgewonnen werden konnten, aus denen dann neues PET gewonnen werden konnte.

„When considering environmental cleanup applications, you need an enzyme that can work in the environment at ambient temperature. This requirement is where our tech has a huge advantage in the future„, so Hal Alper, der an der Studie beteiligt war.

Die Fähigkeit, Kunststoffe bei relativ niedrigen Temperaturen zu zersetzen, kann ein ganz neues Kapitel in Sachen Kunststoff-Recycling eröffnen. Die Forscher:innen haben bereits ein Patent angemeldet und gehen davon aus, dass ihr Enzym problemlos in Prozessen von industrieller Größenordnung genutzt werden kann.

„The possibilities are endless across industries to leverage this leading-edge recycling process. Beyond the obvious waste management industry, this also provides corporations from every sector the opportunity to take a lead in recycling their products. Through these more sustainable enzyme approaches, we can begin to envision a true circular plastics economy„, so Alper.

via University of Texas

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