Im Rahmen dieses Projekts wurde ein biokatalytischer Ansatz zur umweltfreundlichen Wiederverwertung von Polyethylenterephthalat (PET) untersucht. Das Ziel bestand darin, mit Hilfe biotechnologischer Prozesse Materialkreisläufe zu schließen und eine nachhaltige Kunststoffwirtschaft zu fördern. PET ist ein weitverbreiteter Kunststoff, dessen Beständigkeit zu erheblichen Entsorgungs- und Umweltproblemen beiträgt. Die enzymatische Depolymerisation bietet eine nachhaltige Alternative zu konventionellen chemischen Recyclingverfahren, da sie die selektive Spaltung von PET in seine Ausgangsmonomere Terephthalsäure und Ethylenglykol unter milden Bedingungen ermöglicht und somit die Wiedereinführung in hochwertige Produktkreisläufe unterstützt.

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Zentrale Aspekte des Projektes umfassten die Analyse des Einflusses von Substrateigenschaften und Reaktionsbedingungen auf die PET-Hydrolyse sowie die Optimierung von biokatalytisch aktiven Cutinasen durch Protein Engineering. Dabei wurde eine verbesserte Cutinasevariante entwickelt, die sich durch eine gesteigerte Depolymerisation verschiedener PET-Substrate auszeichnete. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der effizienten Herstellung des Enzyms in mikrobiellen Wirtsorganismen sowie der Entwicklung von Immobilisierungsstrategien, die eine wiederholte Enzymverwendung ermöglichen. Dazu wurden stimuli-responsive Polymere genutzt, die eine hohe Aktivität, Substratzugänglichkeit und Stabilität des immobilisierten Biokatalysators gewährleisten und die Rückgewinnung des Enzyms optimal in den Depolymerisationsprozess integrieren.

Dieses Projekt wird von der Alfred Kärcher-Förderstiftung unterstützt.

Veröffentlichungen:

Fritzsche S (2025): Enzymatic Recovery of Polyester Monomers: Protein Engineering, Recombinant Production and Immobilisation of Cutinases. Dissertation.

Walla B, Dietrich AM, Brames E, Bischoff D, Fritzsche S, Castiglione K, Janowski R, Niessing D, Weuster-Botz D (2025): Application of a Rational Crystal Contact Engineering Strategy on a Poly(ethylene terephthalate)-Degrading Cutinase. Bioengineering 2025, 12, 561.

Fritzsche S, Popp M, Spälter L, Bonakdar N, Vogel N, Castiglione K (2025): Recycling the recyclers: strategies for the immobilisation of a PET-degrading cutinase. Bioprocess Biosyst Eng 48, 605–619 .

Fritzsche S, Hübner H, Oldiges M, Castiglione K (2024): Comparative evaluation of the extracellular production of a polyethylene terephthalate degrading cutinase by Corynebacterium glutamicum and leaky Escherichia coli in batch and fed-batch processes. Microb Cell Fact 23, 274 (2024).

Fritzsche S, Tischer F, Peukert W, Castiglione K (2023): You get what you screen for: a benchmark analysis of leaf branch compost cutinase variants for polyethylene terephthalate (PET) degradation. React Chem Eng, 8, 2156-2169.

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