Astuce économe pour le recyclage du plastique bactérien
La mise en œuvre d'une voie métabolique nouvellement découverte augmente le rendement en CO2 des bactéries utilisant le PET
Des scientifiques de l'Institut Max Planck de Marbourg ont mis au point une méthode plus efficace et plus économe en dioxyde de carbone pour recycler l'éthylène glycol, un composant du plastique PET. Ils ont amélioré le métabolisme de la bactérie Pseudomonas putida à l'aide d'une nouvelle voie empruntée aux microbes marins, ce qui a permis une meilleure croissance. Leurs résultats offrent de nouvelles perspectives pour l'upcycling microbien du PET, mais aussi pour le développement d'un recyclage durable des matériaux.
Des chercheurs ont mis au point une méthode plus efficace et plus économe en dioxyde de carbone pour recycler l'éthylène glycol, un composant du plastique PET. Leurs "usines cellulaires" offrent de nouvelles possibilités pour le recyclage microbien du PET (image symbolique).
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Les matières plastiques sont omniprésentes. En 2017, la production annuelle mondiale de plastique a atteint 350 millions de tonnes. Une quantité importante de plastique s'accumule dans les milieux naturels. La pollution plastique a de graves conséquences sur la santé des organismes et la stabilité des écosystèmes. Dans le même temps, on perd des matières premières précieuses qui pourraient être réutilisées de manière durable.
L'éthylène glycol, élément constitutif du PET, est une substance clé dans la boucle du recyclage.
Une solution prometteuse est la dégradation microbienne et/ou l'upcycling du plastique. Depuis la découverte de la bactérie Ideonella sakaiensis, qui dégrade le PET, en 2016, de nombreux efforts sont centrés sur le PET (polyéthylène téréphtalate), qui est le plus souvent utilisé pour la production de bouteilles d'eau. L'éthylène glycol, la moléculeC2 utilisée pour produire le PET, trouve également des applications comme agent antigel ou solvant, et peut être généré électrochimiquement à partir de gaz de synthèse, ce qui suscite une attention croissante en tant que composant clé d'une bioéconomie neutre en carbone. Par conséquent, les efforts visant à développer des souches microbiennes ayant des capacités de conversion améliorées pour l'éthylène glycol ne sont pas seulement importants pour le recyclage microbien du PET, mais aussi dans le contexte plus large de l'établissement de voies économiques circulaires pour l'utilisation biotechnologique de ce produit chimique abondant.
Des chercheurs de l'Institut Max-Planck de microbiologie terrestre, de l'Institut Max-Planck de physiologie végétale et de l'Université de Leyde ont fait un pas important vers un cycle de récupération des matériaux plus durable. En utilisant des approches de biologie synthétique et d'évolution dirigée, ils ont intégré ce cycle dans la bactérie Pseudomonas putida, qui présente un intérêt biotechnologique. La nouvelle voie métabolique a augmenté la capacité d'utilisation de l'éthylène glycol.
Leurs travaux s'appuient sur l'identification antérieure d'une voie métabolique permettant l'assimilation efficace des composésen C2, le cycle du bêta-hydroxyaspartate (BHAC), chez les bactéries marines. "Le BHAC est un cycle élégant par lequel le carbone de l'éthylène glycol peut être recyclé sans perte de dioxyde de carbone. Il est donc très favorable en ce qui concerne le bilan carbone et énergétique. Notre souche modifiée est désormais capable d'assimiler plus efficacement ce composant du plastique PET", explique Lennart Schada von Borzyskowski, co-auteur principal qui a contribué à la conception de l'étude. Il a réalisé ses expériences pendant ses études postdoctorales à l'Institut Max-Planck de microbiologie terrestre de Marbourg, en collaboration avec le groupe d'Arren Bar-Even à l'Institut Max-Planck de physiologie végétale du Golm.
L'évolution dirigée améliore les performances des bactéries
"Nous avons d'abord utilisé des souches de sélection E. coli pour confirmer que les bactéries modifiées synthétiquement sont généralement capables de soutenir la synthèse complète de la biomasse via le shunt BHA non indigène. L'intégration complète du BHAC dans P. putida a immédiatement permis la croissance de la souche modifiée sur l'éthylène glycol. Elle a également entraîné des modifications du réseau métabolique afin de connecter la nouvelle voie au métabolisme central du carbone de l'hôte. En outre, l'évolution dirigée en laboratoire de P. putida avec le BHAC a permis d'obtenir une souche aux performances de croissance accrues - croissance 35 % plus rapide, rendement en biomasse 20 % plus élevé - sur l'éthylène glycol", explique Helena Schulz-Mirbach, co-auteur principal de l'étude.
"L'établissement de cycles de matériaux durables est probablement le plus grand défi de notre époque", ajoute Tobias Erb, directeur à l'Institut Max-Planck de microbiologie terrestre, qui a coordonné l'étude. "La dégradation des plastiques sans libération deCO2 est une étape importante vers la fermeture du cycle du carbone de manière circulaire."
"L'étude met en évidence le potentiel du BHAC en tant que module métabolique 'plug-and-play' pour la biologie synthétique", ajoute Lennart Schada von Borzyskowski, aujourd'hui professeur adjoint à l'Université de Leiden aux Pays-Bas. "Dans des travaux récents, nous avons commencé à tester le BHAC également dans d'autres organismes, par exemple la plante Arabidopsis thaliana. Dans cette plante, nous avons déjà pu montrer que le BHAC peut rendre la photosynthèse plus efficace en permettant à la plante de conserver plus deCO2. Ces résultats constituent une preuve de concept très prometteuse pour la poursuite des recherches visant à développer des voies d'économie de CO2 en biotechnologie et en agriculture."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Schada von Borzyskowski, L., Schulz-Mirbach, H., Troncoso Castellanos, M., Severi, F., Gomez Coronado, P.A., Paczia, N., Glatter, T., Bar-Even, A., Lindner, S.N., Erb, T.J.; Implementation of the beta-hydroxyaspartate cycle increases growth performance of Pseudomonas putida on the PET monomer ethylene glycol; Metabolic Engineering 76, 97-109 (2023)
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