Kunststoffe haben seit der industriellen Produktion zu Beginn der vierziger Jahre des letzten Jahrhunderts in nahezu allen Bereichen unseres täglichen Lebens Einzug gefunden. Besonders in der Verpackungsindustrie sind sie aufgrund ihrer hervorragenden Verarbeitungs- und Materialeigenschaften ein bevorzugtes Material. Von den ca. 260 Millionen Tonnen Kunststoffprodukten, die jährlich auf der Welt produziert werden, sind mehr als ein Drittel Verpackungen. Polyethylenterephthalat (PET), als bekanntester Polyester, wird in diesem Industriezweig am häufigsten verwendet. Vor allem die PET-Flasche ist aufgrund ihrer Leichtigkeit und Bruchfestigkeit sehr beliebt und hat die Glasflasche fast vollständig abgelöst. Allein in Deutschland werden jährlich etwa 25 Milliarden PET-Flaschen produziert, weltweit sind es nach Angaben der Experten um die 500 Milliarden (2010).
Ein großes Problem der Verpackungsmaterialien aus Kunststoff ist die kurze Nutzungsdauer die im Widerspruch zu der Langzeitstabilität steht. Aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit weisen sie eine hohe Resistenz gegen einen Abbau unter natürlichen Umweltbedingungen auf. Als Folge werden jährlich Millionen Tonnen Kunststoffabfälle produziert. Um diese Mengen zu bewältigen, sind Recyclingverfahren zwar vorhanden, aber meist mit enormen Kosten und umweltbelastenden Folgen behaftet. Verfahren, wie die Wiederverwertung von PET-Abfällen in Form von aus den Abfällen gewonnenen Granulaten, welche dem Originalkunststoff während der Formverfahren zugesetzt werden, lösen das Abfallproblem nicht. Auch das chemische Recycling stellt mit seinen hohen Energiekosten und Bedarf an umweltschädlichen Chemikalien eine große Belastung für die Umwelt dar. Die Müllverbrennung mit seinen Emissionsproblemen und die Deponierung sind aufgrund von immer knapper werdenden Lagerflächen ebenfalls keine nachhaltige Lösung. Begrenzte Vorräte an fossilen Rohstoffen, die für die Produktion von Kunststoffen unabdingbar sind, und der stetig wachsenden Kunststoffverbrauch der Industrie machen eine Wiederverwertung der gebrauchten Produkte zwangsläufig notwendig.
Aus diesem Grund soll in dieser Arbeit ein biokatalytisches Recyclingverfahren mit einer Cutinase aus dem Actinomyceten Thermobifida fusca entwickelt werden, das eine umweltfreundliche Alternative zu den problembehaftenden industriellen Verfahren darstellt. Die Cutinase (TfCut2) die in der Lage ist synthetische Polymere zu depolymerisieren und Polyester vollständig biokatalytisch abzubauen, wird dazu rekombinant mit einem Escherichia coli Stamm produziert und in einem zweistufigen chromatographischen Downstream-Verfahren aufgereinigt. Mit dem Enzym erfolgen anschließend Abbauversuche, die die Parameter für den hydrolytischen Abbau untersuchen und optimieren sollen. Anschließend wird durch Abbauuntersuchungen mit TfCut2-Varianten unterschiedlicher Temperaturstabilität eine Cutinase mit effizientem Abbau selektiert. Für die Abbauprodukte des enzymatisch recycelten PET-Materials soll ein Aufarbeitungsverfahren entwickelt werden, dass es ermöglicht, die gewonnenen Monomere für eine erneute PET-Produktion zu verwenden.
Die Ergebnisse werden abschließend in einem kompletten Verfahren zusammengefasst, das als Vorlage für eine industrielle Nutzung dienen soll. Dieser Modellprozess könnte den Recycling-Kreislauf von PET vollständig schließen, die kostbaren fossilen Rohstoffe unserer Erde schützen und gleichzeitig die umweltbelastenden Probleme der chemischen und thermischen Verfahren vermeiden.