Neue Open-Access-Datenbank für plastikabbauende Enzyme

3. März 2022, von MIN-Dekanat

Foto: UHH/MIN/Perez-Garcia

Kunststoffe auf Erdölbasis sind langlebig und reichern sich in der Umwelt an. Aktuell gibt es wenige verlässliche Daten darüber, welche Mikroorganismen und Enzyme zum Abbau von Kunststoffen beitragen können. Forschende der Universität Hamburg und der Universität Stuttgart haben nun die Open-Access-Datenbank PAZy entwickelt, welche die derzeit bekannten Mikroorganismen zusammenfasst und zur Weiterentwicklung des Forschungsfeldes beitragen soll.

Medizinische Geräte, Kleidung, Spielzeug, Kosmetik oder landwirtschaftliche Produkte: Kunststoff ist im menschlichen Alltag allgegenwärtig. Immer wieder gelangt dieser in die Umwelt, alleine in den Ozeanen befinden sich etwa 399.000 Tonnen Kunststoff, von denen 69.000 Tonnen Mikroplastik sind. Neben den riesigen Mengen ist auch die Langlebigkeit des Kunststoffs ein Problem. Eine PET-Flasche kann bis zu 48 Jahre im Meer schwimmen, bis sie zersetzt wird. Daher suchen Forschende intensiv nach Möglichkeiten zur Beseitigung von Kunststoffen aus der Umwelt. Während größere Gegenstände noch mechanisch aus der Natur entfernt werden können, müssen für das Mikroplastik andere Alternativen gesucht werden. Etwa Bakterien, die durch bestimmte Enzyme in der Lage sind, Kunststoff abzubauen.

„Aktuell kennen wir nur wenige Mikroorganismen und Enzyme, welche die Plastikarten Polyethylenterephthalat (PET), Polyurethanester (PUR) und Polyamid(oligomere) (PA) abbauen. Allerdings ist der Mechanismus des Plastikabbaus noch immer nicht vollständig geklärt“, sagt Prof. Dr. Wolfgang Streit, Leiter der Arbeitsgruppe Mikrobiologie und Biotechnologie am Fachbereich Biologie der Universität Hamburg. „Enzyme, die weitere Kunststoffe auf der Basis fossiler Brennstoffe abbauen, zu denen zum Beispiel Polyvinylchlorid, also PVC und Polypropylen (PP) gehören, sind uns nicht bekannt.“

Eine systematische Suche des Forschungsteams der Universitäten Hamburg und Stuttgart ergab, dass sich heute etwa 2.500 Veröffentlichungen mit dem Thema Kunststoffabbau befassen. Weniger als 60 davon beschreiben jedoch die Isolierung und biochemische Charakterisierung von kunststoffaktiven Enzymen. „Wir sehen das Risiko, dass die Daten fehlinterpretiert werden könnten, wenn die vorhergesagten kunststoffabbauenden Mikroorganismen ungefiltert und unkritisch verwendet werden“, so Prof. Streit.

Deshalb hat das Team um Prof. Streit die Open-Access-Datenbank „Plastics-Active Enzymes Database (PAZy)“ entwickelt, in der alle Informationen über die derzeit bekannten und verifizierten kunststoffaktiven Enzyme gesammelt werden. Darüber hinaus identifizierte das Team fast 3.000 Enzyme, welche den PET-aktiven Enzymen ähnlich sind, sowie über 2.000, welche den PUR-aktiven Enzymen ähneln.

„Somit erleichtert die PAZy-Datenbank nicht nur den Austausch von Wissen über verschiedene kunststoffabbauende Enzyme, sondern ermöglicht auch die Suche nach neuen plastikabbauenden Kandidaten und die Entwicklung von Enzymvarianten“, sagt Prof. Streit. „In zukünftigen Studien wird die PAZy-Datenbank je nach Verfügbarkeit von Strukturen und biochemischen Daten um Sequenzen erweitert werden.“