Untersuchungen zum mikrobiellen Abbau von aliphatisch-aromatischen Copolyestern sowie Isolierung und Charakterisierung eines polyesterspaltenden Enzyms

Der mikrobielle Abbau eines anwendungstechnisch interessanten, aliphatisch-aromatischen Copolyesters aus 1,4-Butandiol, Terephthalsäure und Adipinsäure (BTA) wurde untersucht. Da die Kompostierung als vielversprechender Entsorgungsweg für bioabbaubare Kunststoffe gilt, wurden polyesterspaltende Mikroorganismen aus Kompost isoliert. Von insgesamt 30 BTA-hydrolysierenden Isolaten konnten 25 der Gruppe der thermophilen Actinomyceten zugeordnet werden. Zwei Isolate, beides Stämme der Art Thermomonospora fusca, zeigten außergewöhnlich hohe Hydrolyseleistungen gegenüber dem BTA-Copolyester: auf Agarplatten Filme von ca. 45 mg desintegrierten vollständig innerhalb von 7 Tagen. Abgesehen von aliphatisch-aromatischen Copolyestern vermochten beide Isolate auch rein aliphatische Polyester, Polyhydroxybuttersäure und ein Polyesteramid zu hydrolysieren. Eine durch den BTA-Copolyester induzierbare, extrazelluläre BTA-Hydrolase wurde nach Kultivierung des Stammes Thermomonospora fusca DSM 43793 durch Ammoniumsulfat-Fällung, Ionenaustauschchromatographie und hydrophober Interaktionschromatographie aus dem Kulturüberstand isoliert. Das Enzym hat ein Molekulargewicht von 28,5 kDa und einen pI-Wert von 6,3. Die Aminosäuresequenz weist große Homologien zu zwei Lipasen der Stämme Streptomyces sp. M11 und Streptomyces albus G auf. Das pH-Optimum der BTA-Hydrolase liegt zwischen pH 6,5 und 7,0 und das Temperaturoptimum bei 65°C. In Bezug auf verschiedene Polyesterstrukturen verfügt das gereinigte Enzym über eine sehr breite Substratspezifität, zeigt jedoch im Gegensatz zu dem Gesamtorganismus keine hydrolysierende Aktivität gegenüber dem mikrobiellen Polyester Polyhydroxybuttersäure.The microbial degradation of an aliphatic-aromatic copolyester made from 1.4-butanediol, terephthalic acid and adipic acid (BTA) have been investigated. Since composting is a promising way to dispose biodegradable plastics, microorganisms capable of hydrolizing polyesters were isolated from compost. 25 strains from a total of 30 BTA-hydrolyzing isolates could be assigned to the group of thermophilic actinomycetes. Two isolates, both strains of the specie Thermomonospora fusca, showed extremely good hydrolytic abilities: polyester-films of 45 mg were completely desintegrated within 7 days on agar plates. Apart from aliphatic aromatic copolyesters, both organisms were able to hydrolyse pure aliphatic polyesters, poly-(3-hydroxybutyrate) and a polyesteramid. An extracellular Enzyme, inducible by the BTA-copolyester, was purified from culture supernatant by ammoniumsulfate precipitation, ion exchange chromatography and hydrophobic interaction chromatography. The enzyme has a molecular weight of 28,5 kDa, a pI of 6.3, a pH-optimum between 6.5 and 7.0 and a temperature optimum of 65°C. The sequence of amino acids showed a high grade of homology in comparison with two lipases of the strains Streptomyces sp. M11 and Streptomyces albus G. Regarding the different polyester structures the enzyme showed a broad substrate specificity. In contrast to the whole organism, the enzy-me was not active against the microbial polyester poly(3-hydroxybutyrate)