Forschende der Universität Leipzig sind bei der Plastikrecycling-Forschung einen weiteren wichtigen Schritt vorangekommen: Sie haben in einer Studie das natürlich vorkommende Enzym PHL7 gezielt angepasst, sodass es unter industrierelevanten Bedingungen effizient und stabil den häufig im Alltag vorkommenden Kunststoff Polyethylenterephthalat (PET) abbaut. Die Forschung, die auf jahrzehntelanger Expertise an der Universität Leipzig aufbaut, zielt auf eine zentrale Herausforderung der Kreislaufwirtschaft: die nachhaltige Verwertung von Kunststoffen.
Mit neuen bioinformatischen Ansätzen und interdisziplinären Methoden ebneten Dr. Georg Künze (Medizinische Fakultät) und Dr. Christian Sonnendecker (Fakultät für Chemie) zusammen mit anderen Forschenden der Universität Leipzig den Weg zu einer praktikablen, umweltfreundlichen Recycling-Technologie.
Wie Mutationen ein Enzym industrietauglich machen
Das Enzym PHL7, das erstmals 2021 von Sonnendecker, isoliert aus einer Kompostprobe vom Leipziger Südfriedhof, beschrieben wurde, gilt als eines der wenigen natürlichen hyperaktiven PET-abbauenden Enzyme . Doch für technische Anwendungen war es bisher zu instabil und wenig aktiv – besonders unter realen industriellen Bedingungen. Die aktuelle Studie überwindet nun diese Hürden: „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.
Die Forschungsgruppe um Künze und Sonnendecker nutzte für die experimentellen Arbeiten zur Studie vom Sommer 2022 bis Mitte 2025 eine Vielzahl moderner Methoden: Röntgenkristallographie erlaubte die dreidimensionale Strukturaufklärung, Impedanzspektroskopie lieferte Echtzeit-Daten zum Reaktionsverlauf, und Moleküldynamik-Simulationen halfen, den enzymatischen Abbau auf molekularer Ebene zu entschlüsseln. In Rührreaktoren wurden die Enzymvarianten unter industrienahen Bedingungen getestet – mit vielversprechenden Ergebnissen. Die Erkenntnisse flossen bereits in eine Patentanmeldung ein.
„Die entwickelten PHL7-Varianten sind nun echte Kandidaten für die industrielle Anwendung“, betont Sonnendecker. Das in Leipzig 2025 gegründete Start-up ESTER-Biotech, ein Spin-off der Universität Leipzig, plant bereits, die Technologie in eine Pilotanlage zu überführen. Langfristig könnte enzymatisches Recycling dazu beitragen, die Kunststoffwirtschaft zirkulärer und nachhaltiger zu gestalten. Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen: Weitere Optimierungen mit Künstlicher Intelligenz stehen an, ebenso die Entwicklung von Enzymen für andere biologisch abbaubare Kunststoffe wie PLA und PBS. Ob die Technologie wirtschaftlich tragfähig ist, wird sich in den kommenden Jahren zeigen und hängt neben technischen auch von ökonomischen Faktoren ab.
Die Wurzeln der Leipziger Enzymforschung
Bereits vor über 20 Jahren forschte Prof. Dr. Wolfgang Zimmermann an der Universität Leipzig als einer der Pioniere auf dem Gebiet an plastikabbauenden Enzymen, mit dem Ziel, Kunststoffe wie PET unter umweltfreundlichen Bedingungen zu recyceln. Mit der aktuellen Studie ist das Forschungsfeld diesem Ziel einen Schritt nähergekommen.
