Les déchets plastiques constituent un problème, mais en même temps ils peuvent devenir une opportunité de transformation en matière première d’usages utiles à la société. Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) aux États-Unis ont développé une souche de bactérie capable de transformer les déchets plastiques en un soie biodégradable aux usages multiples.
L’étude dont les résultats, publiés dans Microbial Cell Factories, représente la première fois qu’un groupe de scientifiques parvient à développer des bactéries pour transformer le plastique polyéthylèneutilisé dans de nombreux articles à usage unique, dans un produit protéiné de grande valeur.
Ce produit, que les chercheurs appellent « toile d’araignée bioinspirée » en raison de similitude avec la soie que les araignées utilisent pour tisser leurs toiles, Il a des applications dans les produits textiles, les cosmétiques et même la médecine.
« Les toiles d’araignées sont du Kevlar naturel »a déclaré Helen Zha, professeur de génie chimique et biologique et l’un des chercheurs du RPI à la tête du projet. « Peut être presque aussi résistant que l’acier. Cependant, il est six fois moins dense que l’acier, ce qui le rend très léger. En tant que bioplastique, il est élastique, solide, non toxique et biodégradable. »
Le nouveau système ressemble à des toiles d’araignées, très résistantes
Tous ces attributs en font un excellent matériau pour un avenir dans lequel la création de ressources renouvelables et la prévention de la pollution plastique persistante seront des objectifs prioritaires, a déclaré Zha.
Le plastique polyéthylène, présent dans des produits tels que les sacs en plastique, les bouteilles d’eau et les emballages alimentaires, est le principal responsable de la pollution plastique à l’échelle mondiale. La dégradation naturelle peut prendre plus de 1 000 ans.
De plus, seule une petite partie de tout le plastique polyéthylène fabriqué dans le monde est recyclée, de sorte que les bactéries utilisées dans l’étude pourraient aider à « recycler » ces déchets.
Les bactéries utilisées peuvent manger du polyéthylène naturellement, mais elles ont étudié comment convertir les atomes de carbone du polyéthylène en une protéine de soie génétiquement codée.
Pseudomonas aeruginosa, qui est le nom de la bactérie utilisée dans l’étude, peut consommer du polyéthylène naturellement comme source de nourriture. L’équipe RPI a étudié comment « modifier » cette bactérie afin qu’elle convertisse les atomes de carbone du polyéthylène en une protéine de soie génétiquement codée.
Étonnamment, ils ont découvert que les bactéries développées en laboratoire pouvaient produire des protéines de soie avec un rendement rivalisant avec certaines souches de bactéries utilisées de manière plus conventionnelle dans la biofabrication.
C’est ainsi que le plastique est transformé
En réalité, le processus biologique qui sous-tend cette innovation est utilisé par la société depuis des millénaires. « Fondamentalement, les bactéries fermentent le plastique. La fermentation est utilisée pour fabriquer et conserver tous types d’aliments, comme le fromage, le pain et le vin, et dans l’industrie biochimique, elle est utilisée pour produire des antibiotiques, des acides aminés et des acides organiques », expliquent les auteurs de la découverte.
Pour faire fermenter le polyéthylène par les bactéries, le plastique est d’abord « prédigéré »dit le professeur Zha. Tout comme les humains doivent couper et mâcher nos aliments en petits morceaux avant que notre corps puisse les utiliser, les bactéries ont du mal à manger les longues chaînes de molécules, ou polymères, qui composent le polyéthylène.
Matériel obtenu après le processus de découverte RPI
Dans l’étude, Zha et Matteos Koffas, un autre des auteurs, ont collaboré avec des chercheurs du Laboratoire national d’Argonne, qui Ils ont dépolymérisé le plastique en le chauffant sous pression, produisant une substance molle et cireuse.. Ensuite, l’équipe a placé une couche de cire dérivée du plastique au fond des flacons, qui a servi de source nutritive pour la croissance des bactéries. Cela contraste avec la fermentation typique, qui utilise les sucres comme source de nutriments.
« C’est comme si, au lieu de nourrir les bactéries avec le gâteau, nous leur donnions les bougies sur le gâteau », a déclaré Zha.
Puis, tandis qu’une plaque chauffante faisait doucement tourner le contenu des flacons, les bactéries se sont mises au travail. Après 72 heures, les scientifiques ont filtré les bactéries de la culture liquide, purifié la protéine de soie et l’ont lyophilisée. À ce stade, la protéine, qui ressemblait à des boules de coton déchirées, pourrait potentiellement être filée ou transformée sous d’autres formes utiles.
Un procédé innovant
« Ce qui est vraiment intéressant dans ce processus, c’est que, contrairement à la manière dont les plastiques sont produits aujourd’hui, Notre procédé consomme peu d’énergie et ne nécessite pas l’utilisation de produits chimiques toxiques« , a ajouté Helen Zha. » Les meilleurs chimistes du monde ne pouvaient pas transformer le polyéthylène en soie d’araignée, mais ces bactéries le peuvent. « Nous profitons vraiment de ce que la nature a développé pour le fabriquer à notre place. »
Cependant, avant que les produits en soie d’araignée recyclée ne deviennent une réalité, les chercheurs ont d’abord Ils devront trouver des moyens de produire la protéine de soie plus efficacement.
« Cette étude établit que nous pouvons utiliser ces bactéries pour transformer le plastique en soie d’araignée. Nous voulons maintenant déterminer si la modification des bactéries ou d’autres aspects du processus nous permet d’augmenter la production », a déclaré Koffas.
Etude de référence : DOI : 10.1186/s12934-023-02220-0