Die Universität Leipzig hat bedeutende Fortschritte in der Forschung zur Wiederverwertung von Kunststoff erzielt. Wissenschaftler der Institution haben ein natürlich vorkommendes Enzym namens PHL7 gezielt optimiert, um es effizienter und stabiler für den Abbau von Polyethylenterephthalat (PET) einzusetzen, einem Kunststoff, der in vielen Alltagsprodukten vorkommt. Diese Forschungen sind Teil eines umfassenden Ansatzes zur Lösung eines der größten Probleme der Kreislaufwirtschaft: der nachhaltigen Verwertung von Kunststoffen.
Das Team unter der Leitung von Dr. Georg Künze, der an der Medizinischen Fakultät tätig ist, und Dr. Christian Sonnendecker von der Fakultät für Chemie, hat es sich zum Ziel gesetzt, eine umweltfreundliche Recycling-Technologie zu entwickeln. Die Arbeit basiert auf über 20 Jahren Forschungserfahrung an der Universität Leipzig, die sich bereits mit der Entwicklung von Enzymen zur Kunststoffverwertung beschäftigt hat.
Das Enzym PHL7 wurde erstmals im Jahr 2021 von Sonnendecker isoliert, nachdem es aus einer Kompostprobe vom Leipziger Südfriedhof gewonnen wurde. Es gilt als eines der wenigen natürlichen Enzyme, die PET effizient abbauen können. Allerdings zeigte sich, dass das Enzym in seiner ursprünglichen Form für industrielle Anwendungen zu instabil und wenig aktiv war. Die aktuelle Studie, die im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht wurde, überwindet diese Hindernisse und eröffnet neue Perspektiven für die industrielle Nutzung.
Durch den Einsatz bioinformatischer Methoden konnten die Forscher gezielte Mutationen in die Aminosäuresequenz des Enzyms einführen, was zu verbesserten Varianten führte. Diese neuen Enzymvarianten weisen eine höhere Stabilität, Aktivität und eine geringere Abhängigkeit von Salzgehalten auf. Diese Eigenschaften sind besonders vorteilhaft, da das Enzym jetzt auch in normalem Leitungswasser funktionsfähig ist. Künze erklärt: „Diese Fortschritte sind entscheidend, um das Enzym in der Praxis einsetzen zu können.“
Die Forschungsgruppe verwendete eine Vielzahl moderner Methoden zur Analyse und Optimierung des Enzyms. Dazu gehörte die Röntgenkristallographie zur Aufklärung der dreidimensionalen Struktur, Impedanzspektroskopie für Echtzeit-Daten über den Reaktionsverlauf und Moleküldynamik-Simulationen, um den enzymatischen Abbau auf molekularer Ebene zu verstehen. In industriell nahen Tests in Rührreaktoren erzielten die optimierten Enzymvarianten vielversprechende Ergebnisse. Diese Fortschritte haben bereits zu einer Patentanmeldung geführt.
Dr. Christian Sonnendecker betont: „Die neu entwickelten PHL7-Varianten sind nun ernsthafte Kandidaten für die industrielle Anwendung.“ Ein Start-up, ESTER-Biotech, das 2025 in Leipzig gegründet wurde und aus der Universität hervorgegangen ist, plant die Umsetzung dieser Technologie in einer Pilotanlage. Der langfristige Einsatz des enzymatischen Recyclings könnte einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, die Kunststoffwirtschaft nachhaltiger und zirkulärer zu gestalten.
Die Arbeit an diesem Projekt ist jedoch noch nicht abgeschlossen. Zukünftige Ziele umfassen weitere Optimierungen mithilfe Künstlicher Intelligenz sowie die Entwicklung von Enzymen für andere biologisch abbaubare Kunststoffe wie Polymilchsäure (PLA) und Polybutylensuccinat (PBS). Die wirtschaftliche Tragfähigkeit der Technologie wird sich in den kommenden Jahren zeigen, da sie sowohl von technischen als auch von ökonomischen Faktoren abhängt.
Mit diesen Fortschritten bewegt sich die Forschung an der Universität Leipzig einen Schritt näher an das langfristige Ziel, Kunststoffe wie PET unter umweltfreundlichen Bedingungen recyclingfähig zu machen. Die Pionierarbeit von Prof. Dr. Wolfgang Zimmermann, der bereits vor über zwei Jahrzehnten mit der Erforschung von plastikabbauenden Enzymen begann, hat den Grundstein für diese Entwicklungen gelegt. Durch die aktuelle Studie wird der Weg für eine nachhaltigere Zukunft geebnet.
