Seit den 1950er Jahren ging der Anstieg der weltweiten Kunststoffproduktion mit einem besorgniserregenden Anstieg des Kunststoffabfalls einher. Allein in den Vereinigten Staaten wurden im Jahr 2017 unglaubliche 35 Millionen Tonnen Plastikmüll erzeugt, von denen nur ein Bruchteil recycelt oder verbrannt wurde und der Großteil auf Mülldeponien verblieb. Polyethylenterephthalat (PET), ein Hauptverursacher von Kunststoffabfällen, insbesondere aus Lebensmittelverpackungen, stellt aufgrund seiner langsamen Zersetzung und Verschmutzung erhebliche Umweltprobleme dar.
Die Bemühungen zur Lösung dieses Problems wurden intensiviert, und Forscher erforschten innovative Lösungen wie die Nutzung der Kraft von Mikroorganismen und Enzymen für den PET-Abbau. Allerdings sind bestehende Enzyme oft nicht effizient genug, insbesondere bei Temperaturen, die für industrielle Anwendungen geeignet sind.
Da ist Cutinase, ein vielversprechendes Enzym, das für seine Fähigkeit bekannt ist, PET effektiv abzubauen. Cutinase stammt aus Organismen wie Fusarium solani und hat ein bemerkenswertes Potenzial beim Abbau von PET und anderen Polymersubstraten gezeigt. Zu den jüngsten Durchbrüchen gehört die Entdeckung der Blatt- und Zweigkompost-Cutinase (LCC), die bei hohen Temperaturen beispiellose PET-Abbauraten aufweist, und der IsPETase, die bei niedrigeren Temperaturen hervorragende Ergebnisse liefert.
In einem Kürzlich durchgeführte Studie veröffentlicht in Katalyse heuteForscher von NYU Tandon unter der Leitung von Jin Kim Montclare, Professorin für Chemie- und Biomolekulartechnik, stellten einen neuartigen computergestützten Screening-Workflow vor, der fortschrittliche Protokolle nutzt, um LCC-Varianten mit verbesserten PET-Abbaufähigkeiten zu entwerfen, die denen in isPETase ähneln.
Durch die Integration von Computermodellen mit biochemischen Tests haben sie vielversprechende Varianten identifiziert, die selbst bei moderaten Temperaturen ein erhöhtes Hydrolyseverhalten aufweisen.
Diese Studie unterstreicht das transformative Potenzial des Computerscreenings bei der Neugestaltung von Enzymen und bietet neue Wege zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung. Durch die Einbeziehung von Erkenntnissen aus natürlichen Enzymen wie IsPETase ebnen Forscher den Weg für die Entwicklung hocheffizienter PET-hydrolysierender Enzyme mit erheblichen Auswirkungen auf die Umweltverträglichkeit.
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Dustin Britton et al., Proteintechnisch veränderte Blatt- und Zweigkompost-Cutinase-Varianten unter Verwendung von Computerscreening und IsPETase-Homologie, Katalyse heute (2024). DOI: 10.1016/j.cattod.2024.114659