Optimierte Varianten des Enzyms PHL7 machen das enzymatische Recycling von Polyethylenterephthalat (PET) auch unter industrienahen Bedingungen stabil und effizient möglich. Damit adressieren Forschende der Universität Leipzig eine zentrale Herausforderung der Kreislaufwirtschaft, die nachhaltige Verwertung von Kunststoffen.
Aus den verbesserten Enzymvarianten ist bereits eine Patentanmeldung hervorgegangen. Das Leipziger Spin-off ESTER-Biotech bereitet zudem die Überführung der Technologie in eine Pilotanlage vor.
Vom Kompostfund zum stabilen Werkzeug für enzymatisches Recycling
Im Zentrum der Arbeiten steht das Enzym PHL7, das Dr. Christian Sonnendecker von der Fakultät für Chemie der Universität Leipzig im Jahr 2021 erstmals beschrieb. Isoliert wurde es aus einer Kompostprobe vom Leipziger Südfriedhof. PHL7 zählt zu den wenigen natürlichen Enzymen, die PET hyperaktiv abbauen, war für technische Anwendungen bisher jedoch zu instabil und zu wenig aktiv, insbesondere unter realen industriellen Bedingungen.
Diese Hürde überwindet die aktuelle Arbeit mit Methoden der Bioinformatik. Durch gezielte Mutationen in der Aminosäuresequenz entstanden Enzymvarianten, die für das enzymatische Recycling deutlich besser geeignet sind. „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 Dr. Georg Künze von der Medizinischen Fakultät.
Mehrere Analyseverfahren entschlüsseln den Abbau auf molekularer Ebene
Für die experimentellen Arbeiten kombinierte die Forschungsgruppe um Künze und Sonnendecker von Sommer 2022 bis Mitte 2025 mehrere moderne Verfahren. Die Röntgenkristallographie ermöglichte die dreidimensionale Aufklärung der Enzymstruktur, die Impedanzspektroskopie lieferte Echtzeitdaten zum Reaktionsverlauf, und Moleküldynamik-Simulationen machten den enzymatischen Abbau auf molekularer Ebene nachvollziehbar.
Die so gewonnenen Varianten wurden in Rührreaktoren unter industrienahen Bedingungen geprüft und lieferten dort vielversprechende Ergebnisse. Diese Erkenntnisse sind bereits in eine Patentanmeldung eingeflossen und bilden die Grundlage dafür, das enzymatische Recycling über den Labormaßstab hinaus zu erproben.
Von der Pilotanlage bis zu weiteren Kunststoffen
Den nächsten Schritt in Richtung Anwendung beschreibt Sonnendecker so: „Die entwickelten PHL7-Varianten sind nun echte Kandidaten für die industrielle Anwendung“. Das 2025 in Leipzig gegründete Start-up ESTER-Biotech, ein Spin-off der Universität Leipzig, plant bereits, die Technologie in eine Pilotanlage zu überführen.
Abgeschlossen ist das Projekt damit nicht. Weitere Optimierungen mit Künstlicher Intelligenz stehen ebenso an wie die Entwicklung von Enzymen für andere biologisch abbaubare Kunststoffe wie PLA und PBS. Langfristig könnte das Verfahren dazu beitragen, die Kunststoffwirtschaft zirkulärer und nachhaltiger zu gestalten. Ob das enzymatische Recycling wirtschaftlich tragfähig wird, hängt neben technischen auch von ökonomischen Faktoren ab und dürfte sich erst in den kommenden Jahren zeigen. Bereits vor über 20 Jahren erforschte Prof. Dr. Wolfgang Zimmermann an der Universität Leipzig den umweltfreundlichen Abbau von Kunststoffen wie PET, an den die aktuellen Ergebnisse anknüpfen.
Originalpublikation: Blázquez-Sánchez, P., Gunkel, J., Useini, A. et al. Computational engineering of the polyester hydrolase PHL7 for efficient poly(ethylene terephthalate) degradation in biocatalytic recycling processes. Nat Commun 17, 4370 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70868-4
