Plastik wurde so konzipiert, dass es widerstandsfähig und schwer abbaubar ist, was sein Recycling erschwert. Dennoch ähneln diese Eigenschaften denen von Holz, einem natürlich resistenten Material, das von bestimmten fadenförmigen Pilzen mithilfe spezialisierter Enzyme abgebaut wird.
Ein Wissenschaftskonsortium bestehend aus dem INRAE, der Universität Bordeaux und der Universität Bretagne Sud hat es geschafft, die LPMO-Enzyme, die normalerweise die Oberfläche von Cellulosefasern, dem Hauptbestandteil von Holz, erkennen, so umzuprogrammieren, dass sie verschiedene Arten von Kunststoffen erkennen können.
Diese Ergebnisse, die in ACS Chem&Bio Engineering veröffentlicht wurden, eröffnen die Möglichkeit, einen biologischen Werkzeugkasten zum Recycling von Kunststoffen zu entwickeln.
Plastikverschmutzung ist allgegenwärtig in der Umwelt, und die Bewältigung von Plastikabfällen ist ein globales Problem. Neben der Entwicklung nachhaltigerer Produktions- und Nutzungsmethoden ist eine Lösung für dieses Problem die Entwicklung von Bio-Recyclingwegen. Dies stellt jedoch eine große wissenschaftliche Herausforderung dar, da Kunststoffe aus Polymeren bestehen, die extrem widerstandsfähig gegen den Abbau sind – sie wurden genau dafür entwickelt.
Dies bringt sie jedoch in die Nähe anderer widerstandsfähiger natürlicher Polymere, wie der Cellulose im Holz, die von fadenförmigen Pilzen abgebaut werden kann.
Das Geheimnis dieser Pilze liegt in ihrer Fähigkeit, ein gesamtes Arsenal an Enzymen zu sekretieren, die spezifische Proteine sind, die chemische Reaktionen erleichtern. Dazu gehören auch die LPMO (lytische Polysaccharid-Monooxygenasen), die in der Lage sind, die Oberfläche der Cellulose anzugreifen und so deren Abbau zu erleichtern. Diese Eigenschaften machen sie zu idealen Kandidaten, um für neue Aufgaben, nämlich den Abbau von Kunststoffen, weiterentwickelt zu werden.
Chimäre Enzyme, die Kunststoffe erkennen
LPMO-Enzyme bestehen im Allgemeinen aus zwei Modulen: einem Bindungsmodul, das es dem Enzym ermöglicht, ein spezifisches Polymer zu erkennen und sich daran zu binden – hier in natürlicher Weise an Cellulose – und einem katalytischen Modul, das die Oberfläche der Cellulose abbaut.
Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf das Bindungsmodul, um es durch andere Module zu ersetzen, die den Enzymen die Fähigkeit verleihen, sich an verschiedene Kunststoffe zu binden, unter Anwendung von Protein-Engineering-Verfahren, die auf industrieller Ebene beherrscht werden. So schufen sie chimäre LPMO-Enzyme, die in der Lage sind, verschiedene Arten von Kunststoffen zu erkennen und sich an diese zu binden. Einige von ihnen waren sogar in der Lage, die Oberfläche eines biobasierten Kunststoffs, PHA (Polyhydroxyalkanoat), zu perforieren.
In den nächsten Schritten werden die Wissenschaftler die Abbaukapazität dieser chimären Enzyme auf verschiedene Kunststoffarten bewerten, um die leistungsfähigsten auszuwählen und sie zu enzymatischen Cocktails zu kombinieren, die Kunststoff abbauen können. Das Ziel ist es, einen enzymatischen Werkzeugkasten für das Bio-Recycling von Kunststoffen zu entwickeln.
Referenzen:
Munzone A. et al. (2024). Design of Plastic Binding Lytic Polysaccharide Monooxygenases via Modular Engineering.
ACS Chem&Bio engineering
DOI:
https://doi.org/10.1021/cbe.4c00125
Quelle: INRAE