Zielgerichteter Abbau von Mikroplastik in hochverdünnten Suspensionen

10.01.2019
  Fotos von Shohana Islam und Lina Weber Urheberrecht: BioVI

Shohana Islam#, Lina Apitius#, Felix Jakob und Ulrich Schwaneberg. 2019, Environ. Int. 123: 428-435. #geteilte Erstautorschaft. DOI.org/10.1016/j.envint.2018.12.029

In der vorliegenden Veröffentlichung wird die Verwendung des Ankerpeptids Tachystatin A2 als Adhäsionsvermittler beschrieben, das einen Abbau von Polyester-Polyurethan Nanopartikeln durch die Cutinase Tcur1278 beschleunigt.

 
  Feldrasterelektronenmikroskopisches Bild des Mikroplastik-Abbaus durch Cutinasen Urheberrecht: Environ. Int. Feldrasterelektronenmikroskopische Aufnahme des enzymatischen Abbaus von Polyester-Polyurethan nach 24 h. Nur bei Behandlung mit dem Cutinase-Ankerfusionsprotein ist ein Abbau des Materials zu erkennen.

Die Akkumulierung von Mikroplastik in der Umwelt und in der Nahrungskette werden in Zukunft eine große Herausforderung für unsere Gesellschaft darstellen. Zu den akkumulierenden Plastiken gehören auch Polyurethane als weit verbreitete synthetische Polymere, die sowohl in Medizinprodukten, z.B. Katheter, als auch in Industrieprodukten, z.B. Schäume, eingesetzt werden. Da Polyurethane nicht natürlich in der Umwelt vorkommen, gibt es nur wenige Pilz- oder Bakterienstämme oder Enzyme wie Polyurethaneasen und Cutinasen, die in der Lage sind, diese Polymere effizient abzubauen. Der Abbau von Plastik in der Natur umfasst nach Schätzwerten verschiedener Literaturangaben eine Zeitspanne von mindestens 50-100 Jahren. Eine Minimierung der bereits bestehenden Umweltverschmutzung durch Mikroplastik bedarf der Entwicklung nachhaltiger Managementstrategien. Materialbindepeptide wie Ankerpeptide zeigen eine verstärkte Bindung an synthetische Polymere wie Polypropylen, Polyethylenterephthalat und Polyurethan. In dieser Veröffentlichung berichten wir über die Fusion des Ankerpeptids Tachystatin A2 an die bakterielle Cutinase Tcur1278. Im Vergleich zu der Wildtyp Cutinase Tcur1278 ohne ein Ankerpeptid beschleunigte das Fusionsprotein Tcur1278-Tachystatin A2 den Abbau von Polyester-Polyurethan-Nanopartikeln um den Faktor 6,6. Zusätzlich verringerte sich die Abbau-Halbwertszeit der Polyester-Polyurethan-Nanopartikel Suspension von 41,8 Stunden auf 6,2 Stunden, was einem Beschleunigungsfaktor von 6,7 entsprach. Zusammengefasst bieten die Ankerpeptide eine vielseitige Plattform für den gezielten Abbau von Mikro- und Nanoplastik bei Umgebungstemperatur in stark verdünnten Partikelsuspensionen.

Diese Arbeit wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen finanziert. Wir bedanken uns bei Prof. Wolfgang Zimmermann und Dr. Ren Wei für die Bereitstellung der Sequenz der Cutinase Tcur1278. Wir danken Thorsten Palmer für die dynamische Lichtstreuung-Messungen und schließlich dem Zentrum für chemische Polymertechnologie, insbesondere Sabrina Mallmann, für die Feldrasterelektornenmikroskopie.