Les déchets plastiques ont atteint les endroits les plus reculés du monde, du fond de la fosse des Mariannes au sommet de l’Everest. Des centaines de microbes dévoreurs de plastique pouvant nous aider à nettoyer ont été découverts au cours du dernier quart de siècle, mais le chemin est encore long avant de pouvoir les mettre au travail dans des environnements naturels : la digestion microbienne du plastique reste lente, nécessite des températures élevées et ne progresse efficacement que dans des bioréacteurs. De plus, la plupart des microbes mangeurs de plastique découverts jusqu’à présent ne peuvent digérer qu’un seul type de plastique.
Une solution serait de combiner différents microbes pour s’attaquer à la pollution plastique en équipe. Cela leur permet de partager les tâches, de compenser les faiblesses de chacun et de continuer à travailler même lorsque les conditions environnementales changent. Des scientifiques en Allemagne ont maintenant découvert un tel « consortium » synergique de bactéries mangeuses de plastique, capable de consommer des esters phtaliques (PAE) – des plastifiants souvent présents dans les matériaux de construction, les emballages alimentaires et les produits de soins personnels, mais impliqués dans des troubles hormonaux, métaboliques, du développement et certains cancers.
« Nous montrons ici la dégradation de divers esters phtaliques (PAE) grâce à l’activité coopérative de plusieurs souches bactériennes », a déclaré l’auteur correspondant, le Dr Christian Eberlein, chercheur postdoctoral au Centre Helmholtz de recherche environnementale de Leipzig. Eberlein et ses collègues participent au projet FINEST de l’Helmholtz Sustainability Challenge, qui vise à concevoir de nouvelles solutions pour une économie circulaire durable.
La force dans la diversité
Eberlein et ses collègues connaissaient un endroit prometteur pour rechercher de nouveaux microbes mangeurs de plastique : dans leur propre laboratoire, survivant difficilement sous forme de biofilm sur les tuyaux en polyuréthane d’un bioréacteur. Ils ont prélevé un échantillon et l’ont incubé dans un milieu de culture, utilisant le PAE phtalate de diéthyle (DEP) comme source de carbone et d’énergie. Ils se sont concentrés sur le DEP car c’est le composé modèle typique utilisé dans les expériences avec les plastifiants à base d’esters phtaliques. Après des transferts en série entre cultures, ils ont obtenu une communauté stable capable de croître dans des concentrations de DEP allant jusqu’à 888 milligrammes par litre. À 30 °C, le consortium a mis 24 heures pour dévorer complètement le DEP.
Le séquençage de l’ADN a montré que le consortium était composé de trois espèces de bactéries : une espèce de chacun des groupes Pseudomonas putida et Pseudomonas fluorescens, ainsi qu’une espèce inconnue de Microbacterium.
Les bactéries étaient incapables de digérer les PAE seules, prouvant qu’elles doivent travailler en coopération. D’autres tests ont montré que ce super-pouvoir synergique est dû à un « échange trophique » (cross-feeding) où un microbe libère des sous-produits métaboliques que son partenaire absorbe comme nutriments – partageant ainsi les ressources pour créer des communautés stables et diversifiées. L’échange trophique est une caractéristique fondamentale des communautés microbiennes dans la nature, mais n’avait jamais été démontré auparavant chez des bactéries mangeuses de plastique. Dans ce cas, les produits intermédiaires clés se sont avérés être les PAE eux-mêmes : le monoéthyl phtalate et le phtalate. L’analyse protéomique a révélé que les enzymes nécessaires pour décomposer ces composés sont nouvelles pour la science.
Fait important, le consortium est métaboliquement polyvalent : outre le DEP, il a pu digérer le phtalate de diméthyle, le phtalate de dipropyle et le phtalate de dibutyle – tous des PAE courants.
« Cette large gamme de substrats augmente la valeur potentielle du consortium pour les applications biotechnologiques et environnementales, car il peut dégrader de multiples PAE couramment présents comme plastifiants dans les environnements contaminés », ont écrit les auteurs.
Une évolution récente, poussée par l’ère du plastique
Comment cette capacité remarquable à digérer les PAE a-t-elle évolué ?
« Les réactions initiales reposent sur des enzymes préexistantes qui ont évolué à l’origine pour décomposer des molécules naturelles contenant des liaisons esters. Depuis, la contamination persistante par les PAE dans la nature a probablement créé une forte pression évolutive, forçant les microbes à s’adapter et à développer des enzymes plus spécialisées capables de décomposer les PAE beaucoup plus efficacement », a spéculé Eberlein.
Le consortium ne peut pas encore traiter d’autres types de plastiques que les PAE. Par exemple, le polyéthylène et le polypropylène contiennent des liaisons non esters très résistantes, inaccessibles aux enzymes naturelles.
« La prochaine étape consistera à tester notre nouveau consortium sur de vrais échantillons d’eaux usées contenant des microplastiques, pour évaluer sa capacité à éliminer les PAE. Introduire ces bactéries dans des environnements naturels pollués, un processus appelé bioaugmentation, pourrait potentiellement aider à réduire la contamination par les PAE dans des situations réelles », a déclaré le Dr Hermann Heipieper, scientifique principal au Centre Helmholtz et auteur senior de l’étude.
Article : Cross-Feeding Drives Degradation of Phthalate Ester Plasticizers in a Bacterial Consortium – Journal : Frontiers in Microbiology – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Frontiers
