Enzyme als Recycling-Helden: Forschung an nachhaltiger Plastikverwertung

Forschende der Universität Leipzig haben einen bedeutenden Fortschritt in der Plastikrecycling-Forschung erzielt, indem sie das natürliche Enzym PHL7 gezielt optimierten. Die Neuentwicklung baut auf jahrzehntelanger Expertise der Universität auf. Sie und ermöglicht es, den Alltagskunststoff Polyethylenterephthalat (PET) selbst unter industrierelevanten Bedingungen hocheffizient und stabil abzubauen. Damit widmet sich das Projekt einer zentralen Herausforderung der Kreislaufwirtschaft: der nachhaltigen Verwertung von Kunststoffen. Durch den Einsatz moderner bioinformatischer Ansätze und interdisziplinärer Methoden ebneten Dr. Georg Künze und Dr. Christian Sonnendecker gemeinsam mit ihrem Team den Weg für eine praktikable, umweltfreundliche Recycling-Technologie.

Vom Kompost zur Industrie-Anwendung: Forschende stabilisieren PET-Enzym

Das Enzym PHL7 wurde erstmals 2021 von Christian Sonnendecker beschrieben, nachdem er es aus einer Kompostprobe vom Leipziger Südfriedhof isoliert hatte. Es gilt als eines der wenigen natürlichen, hyperaktiven PET-abbauenden Enzyme. Für den großtechnischen Einsatz war es bisher allerdings zu instabil und zeigte unter realen industriellen Bedingungen eine zu geringe Aktivität. Diese Hürden konnten in der aktuellen Studie nun erfolgreich überwunden werden. „Mithilfe von bioinformatischen Vorhersagen haben wir gezielte Mutationen in die Aminosäuresequenz eingebaut, die zu deutlich verbesserten Varianten führten. Diese zeigen erhöhte Stabilität, höhere Aktivität und eine geringere Abhängigkeit von Salzgehalten – ein entscheidender Vorteil, da das Enzym nun auch in normalem Leitungswasser funktioniert“, erklärt Künze.

Modernste Methoden sichern Erfolg bei der PET-Zersetzung

Für ihre experimentellen Arbeiten von Sommer 2022 bis Mitte 2025 nutzte die Forschungsgruppe um Künze und Sonnendecker ein breites Spektrum moderner Methoden. Mittels Röntgenkristallographie gelang die dreidimensionale Strukturaufklärung des Enzyms, während die Impedanzspektroskopie präzise Echtzeit-Daten über den gesamten Reaktionsverlauf lieferte. Zudem halfen Moleküldynamik-Simulationen dabei, den enzymatischen Abbau bis auf die molekulare Ebene genau zu entschlüsseln. Beim anschließenden Test der neuen Enzymvarianten in Rührreaktoren unter industrienahen Bedingungen erzielte das Team vielversprechende Ergebnisse. Diese wegweisenden Erkenntnisse wurden bereits erfolgreich in eine Patentanmeldung überführt.

Start-up bringt PET-Enzym in die Praxis

„Die entwickelten PHL7-Varianten sind nun echte Kandidaten für die industrielle Anwendung“, betont Sonnendecker. Passend dazu plant das Leipziger Universitäts-Spin-off ESTER-Biotech bereits, die Technologie in eine Pilotanlage zu überführen, um die Kunststoffwirtschaft langfristig zirkulärer und nachhaltiger zu gestalten. Das Forschungsprojekt läuft derweil weiter. Künftig stehen weitere Optimierungen mittels Künstlicher Intelligenz sowie die Entwicklung von Enzymen für andere biologisch abbaubare Kunststoffe wie PLA und PBS auf dem Programm. Ob sich die Technologie wirtschaftlich trägt, wird sich in den nächsten Jahren zeigen, da dies neben den technischen Fortschritten auch von ökonomischen Faktoren abhängt.

Mit diesen Ergebnissen kommt das Forschungsfeld einer Vision näher, für die Prof. Dr. Wolfgang Zimmermann an der Universität Leipzig bereits vor über 20 Jahren als Pionier den Grundstein legte: dem umweltfreundlichen Recycling von Kunststoffen wie PET.

Quelle

Universität Leipzig (05/2026)