La décomposition des plastiques par les micro-organismes soulève un intérêt croissant dans le domaine de la recherche environnementale. Une étude récente a mis en lumière le processus remarquable par lequel une bactérie présente dans les eaux usées parvient à dégrader le plastique.
Une bactérie dotée d’une capacité de décomposition du plastique
Les observations scientifiques ont depuis longtemps révélé que la famille de bactéries environnementales Comamonadacae prolifère sur les plastiques disséminés dans les rivières urbaines et les systèmes d’eaux usées. Toutefois, le mécanisme précis de leur action demeurait jusqu’à présent un mystère.
Une équipe de chercheurs dirigée par Northwestern a récemment élucidé le processus par lequel une bactérie du genre Comamonas dégrade le plastique pour s’en nourrir. Le processus se déroule en trois étapes distinctes : dans un premier temps, la bactérie fragmente le plastique en nanoplastiques. Ensuite, elle sécrète une enzyme spécialisée qui décompose davantage le matériau. Enfin, la bactérie utilise un anneau d’atomes de carbone provenant du plastique comme source de nourriture.
Ludmilla Aristilde, qui a dirigé l’étude a souligné l’importance de cette découverte. Selon elle, «Pour la première fois, il a été systématiquement démontré qu’une bactérie des eaux usées peut prendre un matériau plastique initial, le détériorer, le fragmenter, le décomposer et l’utiliser comme source de carbone. Le fait que cette bactérie puisse effectuer l’ensemble de ce processus est remarquable, et nous avons identifié une enzyme clé responsable de la décomposition des matériaux plastiques.»
Cette avancée scientifique ouvre de nouvelles pistes pour le développement de solutions d’ingénierie basées sur les bactéries. Ces solutions pourraient contribuer à l’élimination des déchets plastiques difficiles à retirer, qui polluent l’eau potable et nuisent à la faune.
Le PET, un plastique omniprésent sous la loupe des chercheurs
L’étude s’est concentrée sur la bactérie Comamonas testosteroni, qui se développe sur le polyéthylène téréphtalate (PET), un type de plastique couramment utilisé dans les emballages alimentaires et les bouteilles de boissons. Le PET, connu pour sa résistance à la décomposition, contribue de manière significative à la pollution plastique.
Ludmilla Aristilde a mis en évidence l’ampleur du problème : «Les plastiques PET représentent 12% de l’utilisation totale des plastiques dans le monde. Ils constituent jusqu’à 50% des microplastiques dans les eaux usées.»
Pour approfondir leur compréhension de l’interaction entre C. testosteroni et le plastique, l’équipe d’Aristilde a employé diverses approches théoriques et expérimentales. Les bactéries ont été cultivées sur des films et des granulés de PET par les chercheurs, qui ont observé l’évolution de la surface du matériau plastique au fil du temps. L’eau environnant les bactéries a également été examinée à la recherche de preuves de la décomposition du plastique en particules plus petites de taille nanométrique.
«En présence de la bactérie, les microplastiques ont été décomposés en minuscules nanoparticules de plastique. Nos observations ont révélé que la bactérie des eaux usées possède une capacité naturelle à dégrader le plastique jusqu’aux monomères, de petits éléments de base qui s’assemblent pour former des polymères. Ces petites unités constituent une source de carbone biodisponible que les bactéries peuvent utiliser pour leur croissance.» a ajouté encore Aristilde concernant les résultats obtenus
Une enzyme jouant un rôle crucial dans le processus de dégradation
L’équipe de recherche a identifié une enzyme spécifique exprimée par C. testosteroni lorsqu’elle est exposée aux plastiques PET. Pour explorer davantage le rôle de cette enzyme, la scientifique a sollicité la collaboration du Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee. Les chercheurs y ont préparé des cellules bactériennes incapables d’exprimer l’enzyme. De manière frappante, en l’absence de cette enzyme, la capacité des bactéries à dégrader le plastique s’est trouvée considérablement réduite, voire totalement perdue.
Bien que la chercheuse envisage le potentiel d’application de cette découverte à des solutions environnementales, elle souligne également que ces nouvelles connaissances peuvent contribuer à une meilleure compréhension de l’évolution des plastiques dans les eaux usées.
Elle a notamment déclaré : «Les eaux usées constituent un réservoir considérable de microplastiques et de nanoplastiques. L’opinion courante reste que les nanoplastiques entrent dans les stations d’épuration sous leur forme initiale. Cependant, nos travaux démontrent que les nanoplastiques peuvent se former pendant le traitement des eaux usées grâce à l’activité microbienne. Il s’agit d’un aspect crucial à prendre en compte alors que notre société s’efforce de comprendre le comportement des plastiques tout au long de leur parcours, des eaux usées aux rivières et aux lacs récepteurs.»
Légende illustration : Une nouvelle étude révèle qu’une bactérie commune peut décomposer le plastique pour en faire de la nourriture, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour les solutions d’ingénierie basées sur les bactéries afin de contribuer à la dépollution des déchets plastiques. Crédit d’illustration Ludmilla Aristilde/Northwestern University
Article : « Mechanisms of Polyethylene Terephthalate Pellet Fragmentation into Nanoplastics and Assimilable Carbons by Wastewater Comamonas » – DOI : 10.1021/acs.est.4c06645
