Optimierung des Enzyms PHL7 für effizientes PET-Recycling an der Universität Leipzig
Forschende der Universität Leipzig haben bedeutende Fortschritte im Bereich des Kunststoffrecyclings erzielt. In einer kürzlich in „Nature Communications“ veröffentlichten Studie wurde das natürlich vorkommende Enzym PHL7 gezielt weiterentwickelt, um Polyethylenterephthalat (PET) unter industriellen Bedingungen effizient und stabil abzubauen. Diese Forschung baut auf langjähriger Expertise der Universität Leipzig auf und adressiert zentrale Herausforderungen der nachhaltigen Kunststoffverwertung im Rahmen der Kreislaufwirtschaft.
Interdisziplinäre Ansätze zur Enzymoptimierung
Unter der Leitung von Dr. Georg Künze (Medizinische Fakultät) und Dr. Christian Sonnendecker (Fakultät für Chemie) kamen bioinformatische Methoden sowie interdisziplinäre Techniken zum Einsatz, um eine umweltfreundliche Recyclingtechnologie zu entwickeln. Das Enzym PHL7, erstmals 2021 aus einer Kompostprobe am Leipziger Südfriedhof isoliert, zählt zu den wenigen natürlichen Enzymen mit hoher PET-Abbauaktivität. Bislang war seine Anwendung in technischen Prozessen aufgrund mangelnder Stabilität und Aktivität unter realen industriellen Bedingungen eingeschränkt.
Die aktuelle Studie überwand diese Limitationen durch gezielte Mutationen der Aminosäuresequenz, die mithilfe bioinformatischer Vorhersagen identifiziert wurden. Die modifizierten Enzymvarianten zeichnen sich durch verbesserte Stabilität, gesteigerte Aktivität und eine reduzierte Abhängigkeit von Salzkonzentrationen aus. Dies ermöglicht den Einsatz des Enzyms auch in gewöhnlichem Leitungswasser, was einen wesentlichen Vorteil für industrielle Anwendungen darstellt, erläutert Dr. Künze.
Methodische Vorgehensweise und Ergebnisse
Die experimentellen Untersuchungen, die von Sommer 2022 bis Mitte 2025 durchgeführt wurden, umfassten verschiedene moderne Techniken:
- Röntgenkristallographie zur Aufklärung der dreidimensionalen Enzymstruktur
- Impedanzspektroskopie zur Echtzeitüberwachung des Reaktionsverlaufs
- Moleküldynamik-Simulationen zur Analyse des enzymatischen Abbaus auf molekularer Ebene
- Tests der Enzymvarianten in Rührreaktoren unter industrienahen Bedingungen
Die gewonnenen Erkenntnisse führten bereits zu einer Patentanmeldung. Dr. Sonnendecker betont, dass die optimierten PHL7-Varianten nun als vielversprechende Kandidaten für den industriellen Einsatz gelten.
Perspektiven und zukünftige Entwicklungen
Das 2025 in Leipzig gegründete Start-up ESTER-Biotech, ein Spin-off der Universität, plant die Umsetzung der Technologie in einer Pilotanlage. Langfristig könnte das enzymatische Recyclingverfahren dazu beitragen, die Kunststoffwirtschaft nachhaltiger und zirkulärer zu gestalten. Weitere Forschungsarbeiten umfassen den Einsatz Künstlicher Intelligenz zur weiteren Optimierung sowie die Entwicklung von Enzymen für andere biologisch abbaubare Kunststoffe wie Polymilchsäure (PLA) und Polybutylensuccinat (PBS).
Die wirtschaftliche Umsetzbarkeit der Technologie wird in den kommenden Jahren zu evaluieren sein und hängt sowohl von technischen als auch ökonomischen Faktoren ab.
Historischer Kontext
Bereits vor über zwei Jahrzehnten begann Prof. Dr. Wolfgang Zimmermann an der Universität Leipzig mit der Erforschung plastikabbauender Enzyme. Ziel war es, Kunststoffe wie PET unter umweltfreundlichen Bedingungen zu recyceln. Die aktuelle Studie stellt einen weiteren Fortschritt auf diesem Gebiet dar.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Dr. Georg Künze
Interdisziplinäres Zentrum für Bioinformatik, Medizinische Fakultät
Telefon: +49 341 97-25726
E-Mail: georg.kuenze@medizin.uni-leipzig.de
Originalpublikation
Computational engineering of the polyester hydrolase PHL7 for efficient poly(ethylene terephthalate) degradation in biocatalytic recycling processes
Nature Communications, 2026
