De nos jours, face aux grands défis liés à la pollution de l'environnement, notamment les déchets plastiques, la découverte de la capacité de certaines bactéries à dégrader le plastique représente une avancée significative. Un groupe de bactéries connu sous le nom de Comamonadacae a attiré l'attention des chercheurs en raison de sa capacité à croître sur des plastiques présents dans les rivières urbaines et les systèmes d'eaux usées. Jusqu'à récemment, il n'était pas clair comment ces bactéries fonctionnaient exactement et quel impact elles avaient sur la dégradation du plastique.

Une équipe de chercheurs de l'Université Northwestern a découvert les mécanismes par lesquels les bactéries Comamonas décomposent le plastique pour se nourrir. Dans une première étape, les bactéries brisent le plastique en petits morceaux, appelés nanoplastiques, puis elles sécrètent une enzyme spécialisée qui décompose davantage ce plastique. Ce processus se termine lorsque les bactéries utilisent l'anneau d'atomes de carbone du plastique comme source de nourriture. Selon Ludmilla Aristilde, qui a dirigé l'étude publiée dans la revue Environmental Science & Technology, cette découverte constitue la première description systématique de la manière dont une bactérie présente dans les eaux usées peut prendre un matériau plastique, le dégrader, le briser et l'utiliser comme source de carbone.

Ces connaissances ouvrent la voie à de nouvelles possibilités de développement de solutions basées sur les bactéries qui pourraient aider à éliminer les déchets plastiques difficiles à éliminer, qui non seulement polluent l'eau, mais nuisent également à la faune. Comprendre ces mécanismes permettra de développer des solutions bio-ingénierie qui pourraient avoir un impact significatif sur la réhabilitation de l'environnement.

L'équipe de recherche

La professeure Ludmilla Aristilde est spécialisée dans la dynamique des matières organiques dans l'environnement et travaille à la McCormick School of Engineering. Elle est également membre de plusieurs institutions, dont le Centre de biologie synthétique et l'Institut international de nanotechnologie. Les co-auteurs de l'étude incluent Rebecca Wilkes, ancienne doctorante dans le laboratoire d'Aristilde, et Nanqing Zhou, actuellement chercheur postdoctoral. Cette étude est également le résultat d'une collaboration avec plusieurs anciens et actuels étudiants qui ont travaillé dans l'équipe d'Aristilde.

Le problème de la pollution plastique

Cette nouvelle étude s'appuie sur des recherches antérieures qui ont révélé les mécanismes permettant à Comamonas testosteroni de métaboliser les carbones simples générés par la décomposition des plantes et du plastique. C. testosteroni se développe sur le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), un type de plastique couramment utilisé dans les emballages alimentaires et les bouteilles de boissons. Le PET est connu pour sa résistance à la dégradation, ce qui en fait un facteur important de la pollution plastique.

Selon Aristilde, le plastique PET représente environ 12 % de la consommation mondiale totale de plastique et est responsable de près de 50 % des microplastiques présents dans les eaux usées. Par conséquent, l'étude de ces bactéries est d'une importance cruciale pour comprendre et résoudre le problème de la pollution plastique.

Capacité naturelle à dégrader le plastique

Pour mieux comprendre l'interaction entre C. testosteroni et le plastique, Aristilde et son équipe ont appliqué diverses approches théoriques et expérimentales. Ils ont d'abord fait croître les bactéries sur des films et des granulés de PET et ont observé les changements à la surface du matériau plastique au fil du temps. En outre, ils ont analysé l'eau entourant les bactéries pour rechercher des preuves de plastique décomposé à des tailles nanométriques plus petites. Les chercheurs ont également étudié l'intérieur des bactéries pour identifier les outils qu'elles utilisent pour dégrader le PET.

En présence de bactéries, le microplastique se décompose en minuscules nanoparticules, et les chercheurs ont découvert que cette bactérie possède une capacité naturelle à dégrader le plastique jusqu'à ses monomères, de petits blocs de construction qui se lient pour former des polymères. Ces petits composants représentent une source de carbone biodisponible que les bactéries peuvent utiliser pour leur propre croissance et développement.

Enzyme clé

Aristilde s'est également intéressée à la manière dont C. testosteroni dégrade le plastique. En utilisant des techniques omiques, qui permettent de mesurer toutes les enzymes présentes dans la cellule, son équipe a identifié une enzyme spécifique qui est activée lorsque la bactérie entre en contact avec le plastique PET. En collaboration avec le Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee, les chercheurs ont développé des cellules bactériennes incapables d'exprimer cette enzyme. Fait surprenant, sans cette enzyme, la capacité des bactéries à dégrader le plastique était considérablement réduite.

Comment le plastique change dans l'eau

En plus de l'utilisation de cette découverte pour des solutions écologiques, Aristilde souligne également l'importance de comprendre les changements que subit le plastique dans les eaux usées. Les eaux usées représentent un grand réservoir de microplastiques et de nanoplastiques, et la plupart des gens pensent que ces particules pénètrent dans les systèmes de traitement sous leur forme finale. Cependant, la recherche montre que les nanoplastiques peuvent se former au cours du processus de traitement des eaux usées par l'activité microbienne.

Ces connaissances peuvent aider à mieux comprendre le comportement du plastique lorsqu'il passe des eaux usées aux rivières et aux lacs. Il est important de surveiller comment le plastique évolue dans ces systèmes afin de développer des stratégies pour le retirer et réduire son impact environnemental.

Source : Northwestern University