Les microbes dans l’estomac des vaches peuvent aider à recycler le plastique.

Les microbes pêchés dans l’estomac des vaches peuvent engloutir certains types de plastique, notamment le polyéthylène téréphtalate (PET) utilisé dans les bouteilles de soda, les emballages alimentaires et les tissus synthétiques.

Les scientifiques ont découvert ces microbes dans un liquide prélevé dans le rumen, le plus grand compartiment de l’estomac d’un ruminant ; les ruminants comprennent les animaux à sabots comme les bovins et les moutons, qui dépendent des micro-organismes pour aider à décomposer leur régime alimentaire de végétation grossière. Le rumen agit comme un incubateur pour ces microbes, qui digèrent ou fermentent les aliments consommés par une vache ou un autre ruminant, selon l’Université du Minnesota. Les chercheurs soupçonnaient que certains microbes cachés dans le rumen d’une vache seraient capables de digérer les polyesters, des substances dont les molécules constitutives sont liées par des groupes dits esters.

En effet, en raison de leur régime alimentaire herbivore, les vaches consomment un polyester naturel produit par les plantes, appelé cutine. En tant que polyester synthétique, le PET partage une structure chimique similaire à cette substance naturelle. La cutine constitue la majeure partie de la cuticule, ou la couche externe cireuse des parois cellulaires végétales, et on peut la trouver en abondance dans les pelures de tomates et de pommes, par exemple, a déclaré l’auteur correspondant Doris Ribitsch, chercheur principal à l’Université de Natural Ressources et sciences de la vie à Vienne.

« Lorsque des champignons ou des bactéries veulent pénétrer dans ces fruits, ils produisent des enzymes capables de cliver cette cutine », ou de diviser les liaisons chimiques au sein de la substance, a déclaré Ribitsch. Plus précisément, une classe d’enzymes appelées cutinases peut hydrolyser la cutine, ce qui signifie qu’elles déclenchent une réaction chimique dans laquelle les molécules d’eau décomposent la substance en morceaux.

Ribitsch et ses collègues ont isolé de telles enzymes à partir de microbes dans le passé et ont réalisé que les vaches pourraient être une source d’insectes similaires grignotant du polyester. « Ces animaux consomment et dégradent beaucoup de matériel végétal, il est donc très probable que vous puissiez trouver de tels microbes » vivant dans l’estomac des vaches, a-t-elle déclaré.

Et, en fait, dans leur nouvelle étude, publiée vendredi 2 juillet dans la revue Frontières en bioingénierie et biotechnologie, les chercheurs ont découvert que les microbes du rumen de la vache pouvaient dégrader non seulement le PET mais aussi deux autres plastiques – le polybutylène adipate téréphtalate (PBAT ), utilisé dans des sacs en plastique compostables, et le furanoate de polyéthylène (PEF), fabriqué à partir de matériaux renouvelables d’origine végétale.

Pour évaluer dans quelle mesure ces microbes transmis par le rumen pouvaient manger du plastique, l’équipe a incubé chaque type de plastique dans du liquide de rumen pendant un à trois jours. Ils ont ensuite pu mesurer les sous-produits libérés par les plastiques, afin de déterminer si et dans quelle mesure les insectes décomposaient les matériaux en leurs composants. Le liquide du rumen a décomposé le PEF le plus efficacement, mais il a dégradé les trois types de plastique, a rapporté l’équipe.

L’équipe a ensuite prélevé de l’ADN dans le liquide du rumen, pour avoir une idée des microbes spécifiques qui pourraient être responsables de la dégradation du plastique. Environ 98% de l’ADN appartenait au règne bactérien, le genre le plus prédominant étant Pseudomonasdont plusieurs espèces se sont avérées capables de décomposer les plastiques dans le passé, selon des rapports de la revue Microbiologie appliquée et biotechnologie et du Journal of Hazardous Materials.

Bactéries du genre Acinetobacter également apparu en grande quantité dans le liquide, et de même, il a été démontré que plusieurs espèces du genre décomposent les polyesters synthétiques, selon un rapport de 2017 dans le Journal of Agricultural and Food Chemistry.

Pour l’avenir, Ribitsch et son équipe veulent caractériser complètement les bactéries mangeuses de plastique dans le liquide du rumen et déterminer quelles enzymes spécifiques les bactéries utilisent pour décomposer les plastiques. S’ils identifient des enzymes qui pourraient potentiellement être utiles pour le recyclage, ils peuvent alors concevoir génétiquement des microbes qui produisent ces enzymes en grande quantité, sans qu’il soit nécessaire de prélever lesdits microbes directement dans l’estomac des vaches. De cette façon, les enzymes peuvent être produites facilement et à moindre coût, pour une utilisation à l’échelle industrielle, a déclaré Ribitsch.

Dans cette veine, Ribitsch et son équipe ont déjà breveté une méthode de recyclage dans laquelle les matériaux textiles sont exposés à diverses enzymes en séquence ; l’équipe a identifié ces enzymes dans des travaux antérieurs. Le premier lot d’enzymes ronge les fibres de tissu dans le matériau, tandis que le lot suivant d’enzymes s’attaque à des polyesters spécifiques. Cela fonctionne parce que chaque enzyme cible des structures chimiques très spécifiques et ne décompose donc pas n’importe quel matériau qu’elle rencontre. De cette façon, les textiles qui contiennent plusieurs matériaux peuvent être recyclés sans être d’abord séparés en leurs composants, a expliqué Ribitsch.

Selon la nouvelle étude, le rumen des vaches peut représenter un autre environnement dans lequel découvrir ces types d’enzymes utiles, mais de telles enzymes apparaissent dans de nombreux endroits dans la nature, a déclaré David Levin, biologiste moléculaire et biotechnologue au département de génie des biosystèmes de l’Université du Manitoba. qui n’a pas participé à la recherche.

Par exemple, la première bactérie capable de consommer du PET a été Idéonella sakaiensis, une espèce impliquée dans la fermentation du saké, a déclaré Levin. Certains organismes marins sécrètent des cutinases qui peuvent décomposer le plastique, tout comme divers champignons qui infectent les plantes terrestres, a-t-il noté.

Jusqu’à présent, les scientifiques ont eu de la chance de trouver des enzymes mangeuses de plastique qui décomposent le PET et les plastiques biodégradables comme le PBAT et le PEF, mais maintenant, le véritable défi consiste à trouver des enzymes pour décomposer les produits en plastique les plus gênants, a déclaré Levin.

Par exemple, les plastiques comme le polyéthylène et le polypropylène sont en grande partie constitués de liaisons solides entre les atomes de carbone, et cette structure limite la capacité des enzymes à saisir les molécules et à démarrer l’hydrolyse, a déclaré Ribitsch. Ainsi, alors que les scientifiques ont déjà découvert, caractérisé et commercialisé des enzymes pour dégrader le PET, les chercheurs sont toujours à la recherche de microbes capables de manipuler le polyéthylène et le polypropylène, a déclaré Levin. Levin et son laboratoire ont identifié quelques candidats prometteurs sur ce front, mais ils cherchent toujours à maximiser les pouvoirs de consommation de plastique des insectes.

Ribitsch a déclaré que son équipe surveille également les microbes qui peuvent consommer du polyéthylène et se demande si les insectes pourraient se cacher dans l’estomac des vaches. « Peut-être pouvons-nous trouver, dans des communautés aussi vastes, comme dans le liquide du rumen, des enzymes qui peuvent également dégrader le polypropylène et le polyéthylène », a-t-elle déclaré.