Forscher der Universität Leipzig haben das natürlich vorkommende Enzym PHL7 so optimiert, dass es den weit verbreiteten Kunststoff Polyethylenterephthalat (PET) effizient und stabil abbauen kann. Das geht aus einer im Fachjournal Nature Communications veröffentlichten Studie hervor, über die die Universität Leipzig informierte. PET kommt unter anderem in Getränkeflaschen, Verpackungen, Folien und Polyesterkleidung vor.

Das Enzym PHL7 war 2021 vom Chemiker Christian Sonnendecker aus einer Kompostprobe des Leipziger Südfriedhofs isoliert worden. Plastizersetzende Enzyme seien relativ weit verbreitet. Da man diese Polymere vor allem in Pflanzenmaterial findet, sind Komposthaufen mit viel Pflanzenmaterial laut Sonnendecker ein idealer Anlaufpunkt, um nach den speziellen Enzymen zu suchen. Dem MDR sagte er:

„Der Südfriedhof in Leipzig ist hier natürlich eine Superquelle, da hier viel kompostierbares Material lagert. Und Bingo, plötzlich hatten wir ein Enzym in der Hand, das PET deutlich schneller und vollständig abbauen konnte im Vergleich zu allen bisher bekannten Enzymen.“

PHL7 galt daher als eines der wenigen natürlichen hyperaktiven PET-abbauenden Enzyme und als aussichtsreicher Kandidat, war für technische Anwendungen aber bisher zu instabil und zu wenig aktiv.

Startup plant Pilotanlage der Technologie

„Mithilfe von bioinformatischen Vorhersagen haben wir gezielte Mutationen in die Aminosäuresequenz eingebaut, die zu deutlich verbesserten Varianten führten“, erklärte der an der Studie beteiligte Wissenschaftler Georg Künze von der Medizinischen Fakultät. Diese Varianten zeigten eine erhöhte Stabilität, eine höhere Aktivität und seien weniger abhängig vom Salzgehalt. Das Enzym funktioniere damit auch in normalem Leitungswasser.

Für die Untersuchungen zwischen Sommer 2022 und Mitte 2025 nutzten die Forschenden eine Vielzahl von Methoden: Röntgenkristallographie erlaubte die dreidimensionale Strukturaufklärung, Impedanzspektroskopie lieferte Echtzeitdaten zum Reaktionsverlauf, und Moleküldynamik-Simulationen halfen, den enzymatischen Abbau auf molekularer Ebene zu entschlüsseln. Die Enzymvarianten wurden zudem in Rührreaktoren unter industrienahen Bedingungen getestet. Die Ergebnisse flossen den Angaben zufolge bereits in eine Patentanmeldung ein.

„Die entwickelten PHL7-Varianten sind nun echte Kandidaten für die industrielle Anwendung“, erklärte Sonnendecker. Das 2025 in Leipzig gegründete Start-up ESTER-Biotech, ein Spin-off der Universität, plant laut Mitteilung, die Technologie in eine Pilotanlage zu überführen. Ob das Verfahren wirtschaftlich tragfähig sei, werde sich in den kommenden Jahren zeigen.

Beim enzymatischen Recycling wird PET in seine Grundbausteine Terephthalsäure und Ethylenglycol zerlegt, aus denen sich neues PET herstellen lässt. An der Universität Leipzig wird nach eigenen Angaben seit über 20 Jahren an plastikabbauenden Enzymen geforscht. Weitere Optimierungen mit Künstlicher Intelligenz sowie die Entwicklung von Enzymen für andere biologisch abbaubare Kunststoffe wie PLA und PBS seien geplant.