Des bactéries violettes transformées en usines de bioplastique

Dans un monde envahi par les plastiques à base de pétrole, les scientifiques recherchent des alternatives plus durables, plus biodégradables et beaucoup moins toxiques pour l’environnement.

Deux nouvelles études menées par des biologistes de l’Université de Washington à Saint-Louis mettent en évidence une source potentielle de matériaux révolutionnaires : des bactéries violettes qui, avec un peu d’encouragement, peuvent agir comme des usines microscopiques de bioplastiques.

Une étude menée par l’étudiant diplômé Eric Conners a révélé que deux espèces relativement obscures de bactéries violettes ont la capacité de produire des polyhydroxyalcanoates (PHA), des polymères naturels qui peuvent être purifiés pour fabriquer du plastique.

Une autre étude menée par Tahina Ranaivoarisoa, directrice du laboratoire de recherche, a montré que le génie génétique pourrait inciter une espèce de bactérie violette bien étudiée mais notoirement têtue à augmenter considérablement sa production de PHA.

Conners et Ranaivoarisoa travaillent dans le laboratoire d’Arpita Bose, professeure agrégée de biologie en arts et sciences et auteure correspondante des nouvelles études. « Il existe une énorme demande mondiale de bioplastiques », a déclaré Bose. « Ils peuvent être produits sans ajouter de CO2 à l’atmosphère et sont entièrement biodégradables. Ces deux études montrent l’importance d’adopter de multiples approches pour trouver de nouvelles façons de produire ce matériau précieux. »

Les bactéries violettes sont un groupe particulier de microbes aquatiques réputés pour leur adaptabilité et leur capacité à créer des composés utiles à partir d’ingrédients simples. Comme les plantes vertes et certaines autres bactéries, elles peuvent transformer le dioxyde de carbone en nourriture en utilisant l’énergie du soleil. Mais au lieu de la chlorophylle verte, elles utilisent d’autres pigments pour capter la lumière du soleil.

Les bactéries produisent naturellement des PHA et d’autres éléments constitutifs des bioplastiques pour stocker du carbone supplémentaire. Dans les bonnes conditions, elles peuvent continuer à produire ces polymères indéfiniment.

Comme le disent les biologistes de WashU rapport cette semaine dans Biotechnologie microbiennedeux espèces peu connues de bactéries violettes du genre Rhodomicrobium ont montré une remarquable volonté de produire des polymères, en particulier lorsqu’elles étaient alimentées par de petites quantités d’électricité et nourries avec de l’azote.

« Il est intéressant de s’intéresser à des bactéries que nous n’avons pas encore étudiées », a déclaré Conners. « Nous sommes encore loin d’avoir réalisé leur potentiel. »

Les bactéries Rhodomicrobium ont des propriétés inhabituelles qui en font des candidates intéressantes pour le rôle d’usines de bioplastique naturel. « C’est une bactérie unique qui semble très différente des autres bactéries violettes », a déclaré Conners. Alors que certaines espèces flottent dans les cultures sous forme de cellules individuelles, ce genre particulier forme des réseaux interconnectés qui semblent particulièrement bien équipés pour produire du PHA.

D’autres types de bactéries peuvent également produire des polymères bioplastiques avec un peu d’aide. signalé dans Microbiologie appliquée et environnementaleLes chercheurs de WashU ont utilisé le génie génétique pour extraire des niveaux impressionnants de PHA de Rhodopseudomonas palustris TIE-1, une espèce bien étudiée généralement réticente à produire des polymères. « TIE-1 est un organisme formidable à étudier, mais il n’a historiquement pas été le meilleur pour produire du PHA », a déclaré Ranaivoarisoa.

Plusieurs modifications génétiques ont permis d’augmenter la production de PHA, mais une approche s’est révélée particulièrement efficace. Les chercheurs ont obtenu des résultats impressionnants lorsqu’ils ont inséré un gène qui a augmenté l’enzyme naturelle RuBisCO, le catalyseur qui aide les plantes et les bactéries à capturer le carbone de l’air et de l’eau.

Grâce à l’enzyme suralimentée, les bactéries habituellement lentes se sont transformées en puissantes centrales de PHA. Les chercheurs sont optimistes quant à la possibilité d’une approche similaire avec d’autres bactéries qui pourraient être capables de produire des niveaux encore plus élevés de bioplastiques.

Dans un avenir proche, Bose prévoit d’étudier de plus près la qualité et les utilisations possibles des polymères produits dans son laboratoire. « Nous espérons que ces bioplastiques donneront naissance à de véritables solutions à l’avenir », a déclaré Bose.