Forschende trainieren Enzym, das Plastik zersetzt
Das Enzym «PETase» kann PET-Plastik abbauen, ist aber nicht sehr produktiv. An der ZHAW wird das Enzym deshalb mittels «gerichteter Evolution» optimiert.
Jährlich werden etwa 359 Millionen Tonnen Plastik produziert, von denen sich bis zu 200 Millionen auf Mülldeponien oder in der Umwelt ansammeln. Ein Enzym könnte zur Lösung dieses grossen Umweltproblems beitragen: Im Jahr 2016 entdeckten japanische Forschende in der Bodenprobe einer PET-Recyclinganlage in Osaka ein Protein, das PET abbauen kann, mutmasslich eine Reaktion der Natur auf die vielen Plastikabfälle. Dieses «PETase»-Enzym ist aktuell allerdings zu wenig produktiv, um im Kampf gegen Plastik einen relevanten Beitrag zu leisten. Ein Forschungsteam um Rebecca Buller am ZHAW-Institut für Chemie und Biotechnologie in Wädenswil möchte das Enzym nun «trainieren», damit es in der Trinkwasseraufbereitung oder im Biorecycling von PET-Abfall eingesetzt werden kann.
Im Labor die Evolution beschleunigen
Die ZHAW-Forschenden nutzen das 2018 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnete Verfahren der «gerichteten Evolution». Dieses imitiert im Labor die Mechanismen der natürlichen Evolution, um ausgewählte Eigenschaften von Enzymen zu verbessern. Sean Hüppi vom ZHAW-Institut für Chemie und Biotechnologie wendet es im Rahmen seiner Doktorarbeit bereits erfolgreich an und erklärt: «Indem wir den Bauplan des Enzyms umschreiben, können wir PETase-Varianten mit einem anderen Aufbau herstellen und anschliessend für den PET-Abbau testen.»
Die ZHAW setzt zudem einen speziellen Roboter ein, der einige Tausend PETase-Varianten pro Woche herstellen und vermessen kann – eine Person benötigt dafür fast zehnmal mehr Zeit. Zusätzlich nutzt die Forschungsgruppe Algorithmen, die auf Basis der Labordaten Optimierungsvorschläge für den Enzymaufbau machen. «Wir gehen davon aus, dass wir damit die Labor-evolution der PETase nochmals deutlich beschleunigen werden», sagt Forschungsleiterin Rebecca Buller.