Validiertes Hochdurchsatz-Screening-Verfahren für die Gerichtete Evolution von Nylon-depolymerisierenden Enzymen
Hendrik Puetz, Christoph Janknecht, Francisca Contreras, Mariia Vorobii, Tetiana Kurkina, and Ulrich Schwaneberg, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c01575
Ein sensibles Hochdurchsatz-Screening-Verfahren ermöglicht Gerichtete Depolymerase-Evolution zur Förderung des nachhaltigen Recyclings von Polyamiden und Polyurethanen.
Die Ansammlung von synthetischem Polymerabfall stellt eine bedeutende Herausforderung für die Gesellschaft und die Umwelt dar. Enzyme bieten einen vielversprechenden Ansatz, um eine kreislauforientierte Kunststoffwirtschaft zu fördern, indem sie den Abbau von Polymeren in Monomere erleichtern und so ein werterhaltendes und nachhaltiges Recycling ermöglichen. In den letzten Jahren wurden beeindruckende Fortschritte bei der Verwendung von Enzymen zum Abbau von PET erzielt. Die Entdeckung und Optimierung geeigneter Biokatalysatoren für andere wichtige Polykondensate wie PA und PUR ist durch mangelnde Screening-Verfahren erschwert. In dieser Publikation präsentieren wir das erste hochsensitive kolorimetrische Amin-Screening-System zur Gerichteten Evolution von Polyamidasen und Polyurethanasen (AMIDE). Mit diesem System haben wir den Abbau von PA 6 und PA 6,6 (Polymerfilm und Granulat) untersucht und gängige PUR-Abbauprodukte (2,4-TDA, 2,6-TDA, HMDA, MDA) bis in den nanomolaren Bereich nachgewiesen. Die Anwendbarkeit von AMIDE für die Gerichtete Evolution von Depolymerasen wurde nachgewiesen, indem wir die Katalyse-effizienz der Polyamidase NylC verbesserten. Dies wurde durch das Screening einer kleinen zufälligen Mutagenese-Bibliothek erreicht. Wir sind überzeugt, dass die AMIDE-Methode nicht nur dazu beitragen kann, bestehende Depolymerasen für PA und PUR zu verbessern, sondern auch zur Durchmusterung von bspw. metagenomischen Bibliotheken auf authentischen polymeren Substraten verwendet werden kann. Dies könnte zur Entdeckung neuartiger Enzyme für eine kreislauforientierte synthetische Polymerwirtschaft führen.
Hendrik Pütz und Christoph Janknecht werden finanziell vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt ([FKZ: 031B0867E], [FKZ: 031B0506C], [FKZ: 031B1342C], [FKZ: 031B1159CX]).
Zugang zu der Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente und unter
Puetz, H.; Janknecht, C.; Contreras, F.; Vorobii, M.; Kurkina, T.; Schwaneberg, U. Validated High-Throughput Screening System for Directed Evolution of Nylon-Depolymerizing Enzymes. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2023. doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c01575
Abbildung 1. Die Abbaueffizienz von Enzymbibliotheken gegenüber synthetischen Polymeren wird auf authentischen Substraten getestet, die freigesetzten Produkte markiert und quantifiziert. Dies ermöglicht die Identifikation von verbesserten Enzymvarianten in gezielten Evolutionsexperimenten für Polyamidasen und Polyurethanasen.