La découverte, la culture et la bio-ingénierie d’organismes capables de digérer le plastique contribuent non seulement à l’élimination de la pollution, mais constituent désormais également une grande entreprise. Plusieurs micro-organismes capables de le faire ont déjà été trouvés, mais lorsque leurs enzymes qui rendent cela possible sont appliquées à l’échelle industrielle, ils ne fonctionnent généralement qu’à des températures supérieures à 30 °C. Le chauffage nécessaire signifie que les applications industrielles restent à ce jour coûteuses et ne sont pas 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.
Les scientifiques de l’Institut fédéral suisse WSL savaient où chercher de tels micro-organismes : à haute altitude dans les Alpes de leur pays, ou dans les régions polaires. Leurs conclusions sont publiées dans Frontières en microbiologie.
« Ici, nous montrons que de nouveaux taxons microbiens obtenus à partir de la « plastisphère » des sols alpins et arctiques étaient capables de décomposer les plastiques biodégradables à 15 °C », a déclaré le premier auteur, le Dr Joel Rüthi, actuellement chercheur invité au WSL. « Ces organismes pourraient aider à réduire les coûts et la charge environnementale d’un processus de recyclage enzymatique du plastique. »
Rüthi et ses collègues ont échantillonné 19 souches de bactéries et 15 de champignons poussant sur du plastique libre ou intentionnellement enterré (conservé dans le sol pendant un an) au Groenland, au Svalbard et en Suisse. La plupart des déchets plastiques du Svalbard avaient été collectés lors du Swiss Arctic Project 2018, où des étudiants ont effectué un travail de 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 laissé les microbes isolés se développer sous forme de cultures monosouches en laboratoire dans l’obscurité et à 15 °C et ont utilisé des techniques moléculaires pour les identifier. Les résultats ont montré que les souches bactériennes appartenaient à 13 genres dans les phyla Actinobacteria et Proteobacteria, et les champignons à 10 genres dans les phyla Ascomycota et Mucoromycota.
Des résultats surprenants
Ils ont ensuite utilisé une série de tests pour cribler chaque souche pour sa capacité 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 l’acide polylactique (PLA).
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 de PBAT et PLA. La résonance magnétique nucléaire (RMN) et un test basé sur la fluorescence ont confirmé que ces souches étaient capables de découper les polymères PBAT et PLA en molécules plus petites.
« Nous avons été très surpris de constater qu’une grande partie des souches testées était capable de dégrader au moins un des plastiques testés », a déclaré Rüthi.
Les plus performants étaient deux espèces fongiques non caractérisées du genre Néodevriesia et Lachnellula: ceux-ci ont pu digérer tous les plastiques testés à l’exception du 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.
Effet secondaire de la capacité à digérer les polymères végétaux
Comment la capacité à digérer le plastique a-t-elle évolué ? 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 ciblé à l’origine par la sélection naturelle.
Il a été démontré que les microbes produisent une grande variété d’enzymes dégradant les polymères impliquées dans la dégradation des parois cellulaires végétales. En particulier, les champignons phytopathogènes sont souvent signalés comme biodégradant les polyesters, en raison de leur capacité à produire des cutinases qui ciblent les polymères plastiques en raison de leur ressemblance avec la cutine du polymère végétal. »
Dr Beat Frey, dernier auteur, scientifique principal et chef de groupe, WSL
Des défis demeurent
Depuis Rüthi et al. testés uniquement pour la digestion à 15 °C, ils ne connaissent pas encore la température optimale à laquelle agissent les enzymes des souches performantes.
« 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 », a déclaré 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 ».