Biotechnologie Forscher optimieren plastikfressende Enzyme

Das Bakterium namens Ideonella sakaiensis besiedelt Plastik und spaltet ihn auf. Verantwortlich dafür ist das Enzym PETase, an dessen Potential Winterthurer Forschende im Labor mit Robotern und künstlicher Intelligenz nun feilen.

Das Enzym entdeckten japanische Forschende auf einer PET-Recyclinganlage bereits vor vier Jahren. Zwar zersetzt das Protein natürlicherweise den Kunststoff Polyethylenterephthalat (PET), doch um Berge von Plastikmüll zu zerlegen, arbeitet es zu wenig effizient. Ein Forschungsteam um Rebecca Buller von der Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften (ZHAW) möchte dies ändern. Den Schlüssel suchen sie mit der sogenannten «gerichteten Evolution».

Mit dieser Methode, für die die Entdecker 2018 mit dem Nobelpreis in Chemie geehrt wurden, lässt sich die Evolution im Reagenzglas im Schnelldurchlauf abspielen. So lassen sich Enzyme mit ausgewählten Eigenschaften erschaffen.

Verbesserung nach ersten Evolutionsrunde

Die Winterthurer Forschenden kreierten bereits mehrere Hundert Enzymvarianten, wie die ZHAW mitteilte. Diese fütterten sie mit Mikroplastik und beobachteten, welche Varianten den Plastik besonders schnell abbauen. «Nach der ersten Evolutionsrunde sehen wir bereits eine mehrfache Verbesserung der Enzym-Aktivität», sagte der Doktorand Sean Hüppi.

Aber die Forschenden geben sich damit noch nicht zufrieden. Vielmehr dienen die Sieger unter den plastikfressenden Enzymen nun als Grundlage: Mithilfe eines Roboters und künstlicher Intelligenz versucht das Team, die Laborevolution noch zu beschleunigen.

«Super-Enzyme» aus dem Labor

Zum einen stellt der Roboter einige tausend verschiedene PETase-Varianten pro Woche her und vermisst diese – ein Mensch würde dafür fast zehnmal so lange benötigen. Zum anderen nutzen die Forschenden künstliche Intelligenz. Dabei schlagen die Algorithmen auf Basis der im Labor gewonnenen Daten Optimierungsvorschläge für den Aufbau der Enzyme vor.

So hofft das Team, dass ihre «Super-Enzyme» einst etwa Mikroplastik bei der Trinkwasseraufbereitung entfernen könnten. «Auch ein Einsatz im Biorecycling von PET-Abfall ist denkbar», sagte Buller.