Les scientifiques qui ont aidé à lancer l’utilisation d’enzymes pour manger du plastique ont franchi une étape importante dans le développement de solutions basées sur la nature à la crise mondiale des plastiques.
Ils ont caractérisé une enzyme qui a la capacité remarquable d’aider à décomposer le téréphtalate (TPA), l’un des éléments constitutifs chimiques du plastique polyéthylène téréphtalate (PET), qui est utilisé pour fabriquer des bouteilles de boissons à usage unique, des vêtements et des tapis.
La recherche, qui est publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS), a été codirigé par le professeur Jen DuBois, de l’Université d’État du Montana, et le professeur John McGeehan de l’Université de Portsmouth, qui en 2018 a dirigé l’équipe internationale qui a conçu une enzyme naturelle capable de décomposer le plastique PET. Les enzymes (PETase et MHETase) décomposent le polymère PET en blocs de construction chimiques éthylène glycol (EG) et TPA. Cette nouvelle recherche décrit les prochaines étapes, en particulier pour la gestion du TPA.
Le professeur DuBois a déclaré: « Bien que l’EG soit un produit chimique aux nombreuses utilisations – il fait partie de l’antigel que vous mettez dans votre voiture, par exemple – le TPA n’a pas beaucoup d’utilisations en dehors du PET, et ce n’est pas non plus quelque chose que la plupart des bactéries peuvent même digérer. Cependant , l’équipe de Portsmouth a révélé qu’une enzyme provenant de bactéries consommatrices de PET reconnaît le TPA comme une main dans un gant. Notre groupe à MSU a ensuite démontré que cette enzyme, appelée TPADO, décompose le TPA et à peu près uniquement le TPA, avec une efficacité étonnante.
Avec plus de 400 millions de tonnes de déchets plastiques produits chaque année, dont l’écrasante majorité finit dans les décharges, on espère que ce travail ouvrira la porte à l’amélioration des enzymes bactériennes, telles que TPADO. Cela aidera à relever le défi de la pollution plastique et à développer des systèmes biologiques capables de convertir les déchets plastiques en produits de valeur.
Le professeur McGeehan, qui est le directeur du Centre d’innovation enzymatique de l’Université, a déclaré : « Ces dernières années ont vu des progrès incroyables dans l’ingénierie des enzymes pour décomposer le plastique PET en ses éléments constitutifs. Ce travail va encore plus loin et examine la première enzyme d’une cascade qui peut déconstruire ces blocs de construction en molécules plus simples. Celles-ci peuvent ensuite être utilisées par des bactéries pour générer des produits chimiques et des matériaux durables, essentiels pour fabriquer des produits de valeur à partir de déchets plastiques.
« En utilisant de puissants rayons X à la Diamond Light Source, nous avons pu générer une structure 3D détaillée de l’enzyme TPADO, révélant comment elle effectue cette réaction cruciale. Cela fournit aux chercheurs un plan pour concevoir des versions plus rapides et plus efficaces de cette enzyme complexe. »
L’étude a été entreprise dans le cadre de la Consortium BOUTEILLEune collaboration internationale entre les États-Unis et le Royaume-Uni, réunissant des chercheurs d’un large éventail de domaines scientifiques pour lutter contre le recyclage et l’upcycling du plastique.
Caractérisation biochimique et structurale d’une dioxygénase hydroxylante à cycle aromatique pour le catabolisme de l’acide téréphtalique, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). doi.org/10.1073/pnas.2121426119