In unserem täglichen Leben sind wir von Plastik umgeben. Von Wasserflaschen bis hin zu unserer Kleidung. So werden weltweit jedes Jahr etwa 400 Millionen Tonnen Kunststoff produziert – von denen ein großer Teil später in der Umwelt, zum Beispiel in den Weltmeeren, landet. Laut Angeben der Deutschen Umwelthilfe rund 10 Millionen Tonnen pro Jahr. Bis dieser Müll auf natürliche Weise abgebaut wird, dauert Jahrzehnte bis Jahrhunderte. So verrottet eine Plastiktüte nach ca. zehn bis zwanzig Jahren, bei einer PET-Flasche geht man von ca. 450 Jahren aus. Allerdings ist dieser Wert mangels bewiesener Fakten nur eine Vermutung.
Vor einigen Jahren entwickelten Wissenschaftler der Universität Portsmouth und des National Renewable Energy Laboratory in Colorado das Enzym PETase, das PET zwanzigmal schneller zersetzen kann. Es zerlegt Polyethylenterephthalat (PET) wieder in seine Bausteine. Dieselben Forscher haben dieses Enzym nun zu einen Enzym-„Cocktail“ weiterentwickelt, der Plastik bis zu sechsmal schneller verdauen kann.
Wie zwei Pac-Männer
Das Team (Professor John McGeehan, Direktor des Zentrums für Enzyminnovation (CEI) an der Universität Portsmouth, und Dr. Gregg Beckham, Senior Research Fellow am National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den USA) kombinierte die PETase und ein Enzym namens MHETase. Das Resultat war, dass das PET doppelt so schnell abgebaut wurde. Indem sie eine Verbindung zwischen den beiden Enzymen zu einem „Super-Enzym” herstellten, konnten die Forscher das Tempo sogar versechsfachen.
„Gregg und ich unterhielten uns darüber, wie PETase die Oberfläche der Kunststoffe angreift und MHETase die Dinge weiter zerkleinert“, sagt Professor John McGeehan. „Es schien also naheliegend, zu sehen, ob wir sie zusammen verwenden könnten, indem wir nachahmen, was in der Natur geschieht. Unsere ersten Experimente zeigten, dass sie tatsächlich besser zusammen funktionieren, also beschlossen wir, sie physikalisch zu verbinden, wie zwei Pac-Männer, die durch ein Stück Schnur verbunden sind.“
Endlose Wiederverwendung von Kunststoffen
Sowohl PETase als auch die neue Kombination MHETase-PETase verdauen PET-Kunststoff und zerlegen ihn wieder in seine ursprünglichen Bausteine. Dadurch kann Plastik unendlich oft wiederverwertet werden und so eine Verschmutzung durch Plastik verringert werden. Darüber hinaus verringert diese Wiederverwendung von Kunststoffen und auch die Treibhausgase, die zur Klimaerwärmung beitragen, da weniger Plastik neu produziert werden muss. Außerdem würden auch weniger fossile Rohstoffe wie Öl und Gas benötigt, freuen sich die Forscher.
Als Mikroskop, das stark genug ist, um einzelne Atome zu erkennen, nutzte Professor McGeehan Diamond Light Source in Oxfordshire (einen Teilchenbeschleuniger, der intensive Röntgenstrahlen verwendet, die 10 Milliarden Mal heller sind als die der Sonne). So gelang es den Wissenschaftlern, die 3D-Struktur des MHETase-Enzyms auflösen. Und es erhielt die molekularen Blaupausen zur Entwicklung eines schnelleren Enzymsystems.
Für die Forschung seien strukturelle, rechnergestützte, biochemische und bioinformatische Ansätze kombiniert worden, „um molekulare Einblicke in die Struktur und Funktionsweise des Enzyms zu gewinnen“, betonen die Wissenschaftler. „Die Studie war eine enorme Teamarbeit, an der Wissenschaftler auf allen Ebenen ihrer Karriere beteiligt waren.“
Die Studie wurde in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America veröffentlicht.
