Les biologistes qui étudient comment les bactéries décomposent une nouvelle génération de bioplastiques végétaux – les polyesters aliphatiques à longue chaîne – ont découvert une enzyme capable de démanteler à la fois le plastique et les antibiotiques.
« Les déchets plastiques et leur détérioration en micro et nanoplastiques, associés à la lente biodégradation de la plupart des matières plastiques actuelles, sont devenus un problème majeur pour l’environnement et la santé humaine », ont déclaré l’auteur principal, le Dr Harry Lerner et ses collègues de l’Université de Constance.
« En plus d’être des polluants physiques récalcitrants, les débris de plastique peuvent agir comme vecteur de transport de contaminants chimiques et de microbes colonisateurs. »
« En outre, il a été démontré que les micro-organismes habitant la plastisphère, la communauté des biofilms présents sur les surfaces plastiques, hébergent des niveaux disproportionnellement élevés de gènes de résistance aux antibiotiques, ce qui soulève des inquiétudes quant à la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques dans les écosystèmes par l’intermédiaire du plastique. »
Dans l’étude, les chercheurs ont enterré des bandes d’un plastique biodégradable appelé LCAP, fabriqué à partir de molécules à longue chaîne dérivées d’huiles végétales, dans le sol forestier pendant plus d’un an.
Des images microscopiques ont ensuite montré le plastique criblé de minuscules piqûres en forme de bactéries, preuve que les microbes avaient rongé sa surface.
« Nous avons enterré de petits morceaux de film bioplastique LCAP dans la couche supérieure d’humus de la forêt du jardin botanique de l’université, à environ dix centimètres de profondeur », a déclaré le Dr Lerner.
« C’est dans cette couche que se produit la dégradation de la cellulose et d’autres polymères naturels, tels que la cutine, un polyester d’origine végétale. »
En séquençant l’ADN des microbes du sol se développant sur le plastique, les scientifiques ont identifié une enzyme bactérienne, qu’ils ont baptisée LCPH1, qui ressemble beaucoup à une classe de protéines que les bactéries utilisent pour désactiver les antibiotiques de type pénicilline.
La modélisation structurelle a montré que l’enzyme possédait un site actif ouvert et inhabituellement large – surnommé une forme de « pac-man » – capable de saisir à la fois les brins de plastique et les molécules d’antibiotiques.
L’enzyme a également décomposé le bioplastique en ses composants et a également détruit la pénicilline et l’ampicilline, privant même les médicaments de leur capacité à tuer les bactéries.
Les résultats soulèvent une question provocatrice pour le domaine croissant de la recherche sur la pollution plastique.
« La structure de l’enzyme ressemble à celle des estérases, mais aussi à celle des bêta-lactamases, qui sont des enzymes bactériennes capables de cliver le cycle bêta-lactamine de certains antibiotiques, comme la pénicilline, rendant ainsi les bactéries résistantes aux antibiotiques », a déclaré le Dr Lerner.
« La plastisphère est un nouvel habitat dans notre environnement », a ajouté le Dr David Schleheck, auteur principal de l’étude.
« Les humains n’introduisent du plastique dans l’environnement en quantités significatives que depuis environ 50 à 75 ans. »
« Depuis lors, il est théoriquement disponible pour les communautés microbiennes – telles que les bactéries, les levures et les champignons – comme source supplémentaire de carbone et d’énergie pour leur croissance. »
« En théorie, je veux dire qu’ils aimeraient certainement utiliser le plastique comme substrat de croissance, mais ils ne le peuvent pas, car les matériaux sont en réalité indigestes par le métabolisme microbien et sont donc difficilement dégradés. »
« Je trouve cela encourageant, car il semble que les bactéries puissent s’adapter à la dégradation des plastiques polyester plus rapidement que prévu. »
« Pour résoudre le problème environnemental de la pollution plastique, nous, les humains, devons travailler avec les capacités des microbes. »
« Idéalement, cela impliquerait d’utiliser uniquement des polymères présentant des points de rupture biochimiques, tels que les liaisons ester hydrolysables des polyesters comme le LCAP ou d’autres types de bioplastiques. »
