Des scientifiques découvrent des microbes capables de digérer le plastique à basse température

Des scientifiques suisses ont identifié 19 nouvelles souches de bactéries et de champignons spécialisés adaptés au froid des Alpes et de la région arctique capables de digérer les plastiques biodégradables à 15°C.

Cette capacité, si elle est étendue à une échelle industrielle, permettra d’économiser de l’argent et de l’énergie lors du recyclage, comme publié dans le magazine « Frontières en microbiologie ». (lire: Le cerveau des femmes et des hommes est différent dans les pays avec une plus grande inégalité entre les sexes)

La découverte, la culture et la bio-ingénierie d’organismes capables de digérer le plastique contribuent non seulement à éliminer la pollution, mais constituent désormais une grande entreprise. Plusieurs micro-organismes capables de le faire ont déjà été trouvés, mais lorsque les enzymes qui le permettent sont appliquées à l’échelle industrielle, elles ne fonctionnent généralement qu’à des températures supérieures à 30 ºC.

Le chauffage nécessaire rend les applications industrielles encore coûteuses à ce jour et non neutres en carbone, mais il existe une solution possible à ce problème : trouver des microbes spécialisés adaptés au froid dont les enzymes fonctionnent à des températures plus basses.

Des scientifiques de l’Institut fédéral suisse WSL ont recherché de tels micro-organismes à haute altitude dans les Alpes de leur pays ou dans les régions polaires. « Nous démontrons ici que de nouveaux taxons microbiens obtenus à partir de la ‘plastisphère’ des sols alpins et arctiques sont capables de décomposer les plastiques biodégradables à 15°C », explique le Dr Joel Rüthi, premier auteur et actuellement chercheur invité au WSL. . Ces organismes pourraient aider à réduire les coûts et la charge environnementale d’un procédé de recyclage enzymatique du plastique ». (lire: la NASA prépare un robot serpent tout-terrain pour explorer d’autres mondes)

Rüthi et ses collègues ont échantillonné 19 souches de bactéries et 15 champignons poussant sur du plastique autoportant ou intentionnellement enterré (conservé dans le sol pendant un an) au Groenland, au Svalbard et en Suisse. La plupart des déchets plastiques de Svalbard avaient été collectés lors du projet arctique suisse de 2018, dans le cadre duquel des étudiants ont mené des travaux sur le terrain pour constater de visu les effets du changement climatique. La terre de Suisse avait été récoltée au sommet du Muot da Barba Peider (2979 m) et dans la vallée du Val Lavirun, tous deux dans le canton des Grisons.

Les scientifiques ont cultivé les microbes isolés sous forme de cultures monoclonales en laboratoire dans l’obscurité à 15°C et ont utilisé des techniques moléculaires pour les identifier. Les résultats ont montré que les souches bactériennes appartenaient à 13 genres des phyla ‘Actinobacteria’ et ‘Proteobacteria’, et les champignons à 10 genres des phyla ‘Ascomycota’ et ‘Mucoromycota’.

Ils ont ensuite utilisé une série de tests pour tester la capacité de chaque souche à digérer des échantillons stériles de polyéthylène non biodégradable (PE) et de polyester-polyuréthane biodégradable (PUR), ainsi que deux mélanges biodégradables disponibles dans le commerce de téréphtalate d’adipate de polybutylène (PBAT) et acide polylactique (PLA). (lire: Ces grenouilles de Porto Rico ont changé leur son à cause des températures élevées)

Aucune des souches n’a été capable de digérer le PE, même après 126 jours d’incubation sur ces plastiques. Mais 19 (56%) des souches, dont 11 champignons et huit bactéries, ont pu digérer le PUR à 15°C, tandis que 14 champignons et trois bactéries ont pu digérer les mélanges plastiques PBAT et PLA.

La résonance magnétique nucléaire (RMN) et un test basé sur la fluorescence ont confirmé que ces souches étaient capables de cliver les polymères PBAT et PLA en molécules plus petites. « Nous avons été très surpris de voir qu’une grande partie des souches analysées était capable de dégrader au moins un des plastiques testés », explique Rüthi.

Les meilleurs résultats ont été obtenus par deux espèces fongiques non caractérisées des genres ‘Neodevriesia’ et ‘Lachnellula’, qui ont été capables de digérer tous les plastiques sauf le PE. Les résultats ont également montré que la capacité à digérer le plastique dépendait du milieu de culture pour la plupart des souches, chaque souche réagissant différemment à chacun des quatre milieux testés.

Étant donné que les plastiques n’existent que depuis les années 1950, la capacité de dégrader le plastique n’était presque certainement pas un trait recherché à l’origine par la sélection naturelle. (lire: L’Équateur a réalisé la plus grande conversion dette-nature au monde)

«Il a été démontré que les microbes produisent une grande variété d’enzymes dégradant les polymères qui sont impliquées dans la dégradation des parois cellulaires des plantes. En particulier, les champignons phytopathogènes biodégradent souvent les polyesters grâce à leur capacité à produire des cutinases, qui ciblent les polymères plastiques en raison de leur ressemblance avec la cutine végétale », explique le Dr Beat Frey, auteur de l’étude et chef du groupe WSL.

Comme Rüthi et ses collègues n’ont testé la digestion qu’à 15 °C, ils ne savent pas encore quelle est la température optimale à laquelle fonctionnent les enzymes des souches sélectionnées. « Mais nous savons que la plupart des souches testées peuvent bien pousser entre 4°C et 20°C, avec un optimum autour de 15°C », souligne Frey.

« Le prochain grand défi sera d’identifier les enzymes dégradant le plastique produites par les souches microbiennes et d’optimiser le processus pour obtenir de grandes quantités de protéines. De plus, une modification supplémentaire des enzymes pourrait être nécessaire pour optimiser des propriétés telles que la stabilité des protéines », ajoute-t-il.