Les usines bactériennes sont conçues pour produire des bioplastiques à partir de plastiques conventionnels

Les scientifiques sont parvenus à générer, grâce au génie génétique, des souches de la bactérie Pseudomonas putida capables d’utiliser les déchets plastiques comme nutriments pour les transformer en bioplastiques dégradables ou compostables.

Plus précisément, ces chercheurs, du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) d’Espagne, ont réussi à concevoir, grâce à des méthodes informatiques et à la biologie synthétique, un ensemble de bactéries capables de produire des bioplastiques bactériens (polyhydroxyalcanoates ou PHA) grâce à l’utilisation de des matériaux récalcitrants, tels que les hydrolysats de polyéthylène téréphtalate (PET), qui est l’un des plastiques les plus utilisés dans les récipients et les bouteilles, et les dérivés de la lignine, l’un des polymères les plus abondants dans la nature et qui jusqu’à présent est difficile à utiliser correctement.

Ces nouvelles souches et le bioprocédé mis en œuvre comme preuve de concept sont les premiers fruits de la nouvelle ligne prometteuse de recherche et développement. Avec ce qui a été réalisé jusqu’à présent, il est évident que ces souches et d’autres futures ont le potentiel de devenir un outil durable de gestion et de revalorisation des déchets plastiques, en les transformant en bioplastiques biodégradables ou compostables.

L’étude, fruit d’une collaboration entre le groupe de biotechnologie des polymères du Centre de recherche biologique Margarita Salas (CIB, du CSIC), dirigé par Auxiliadora Prieto, et le groupe de biotechnologie des systèmes du Centre national de biotechnologie (CNB, du CSIC ) dirigée par Juan Nogales, a mis en œuvre une approche multidisciplinaire pour surmonter les nombreux défis scientifiques et techniques qui ont entravé la production de PHA à partir de matières premières dont la structure chimique n’est pas liée à celle du bioplastique.

Dans le contexte de la crise climatique actuelle et de l’émergence d’une économie circulaire, un objectif fondamental est de remplacer les plastiques actuels basés sur des sources fossiles par des alternatives plus durables et biodégradables telles que les PHA. Ces composés, produits par de nombreuses bactéries, ont de nombreuses applications en médecine et dans le secteur de l’emballage, et sont considérés comme une alternative viable aux plastiques dérivés des combustibles fossiles. Les PHA sont stockés sous forme de granules de réserve intracellulaires ; Cependant, sa production présente un défi important en raison de la nécessité d’induire une limitation des nutriments, généralement de l’azote, du phosphore ou de l’oxygène, dans le milieu de culture nécessaire à sa production. Cela représente un goulot d’étranglement majeur dans la production de PHA, car cela nécessite la mise en œuvre de bioprocédés complexes.

Dans ce travail mené par le CSIC, ces obstacles sont en grande partie surmontés. Dans un premier temps, il a été possible d’optimiser la production de PHA en reconfigurant le métabolisme bactérien selon des prédictions informatiques. Enfin, grâce à la biologie synthétique, il a été possible de mettre en œuvre une production indépendante des limitations nutritionnelles, ce qui permet de mettre en œuvre des bioprocédés plus simples et plus efficaces. Selon María Manoli, première signataire des travaux et membre du CIB, « les usines bactériennes développées ont montré à l’échelle du laboratoire la production la plus élevée de PHA par rapport à la biomasse cellulaire des hydrolysats de PET rapportée jusqu’à présent ». De plus, ajoute-t-il, « les souches développées étaient capables de produire des quantités importantes de PHA à partir d’autres résidus, tels que des dérivés de la lignine, un polymère végétal très récalcitrant ».

Souche bactérienne génétiquement modifiée produisant du bioplastique. (Photo : CIB)

Pris ensemble, « ces résultats représentent une avancée très significative dans la lutte contre la crise mondiale actuelle provoquée par l’accumulation de plastique dans l’environnement et montrent comment une approche multidisciplinaire, qui inclut les prédictions informatiques, le génie génétique et la biologie synthétique, nous permet de mettre en pratique valoriser les déchets difficiles à transformer en bioplastiques durables et biodégradables », souligne Nogales. « Ce changement dans la production pourrait non seulement réduire l’empreinte carbone de la production de plastique, mais aussi contribuer à atténuer la crise du plastique, qui coûte jusqu’à 600 milliards de dollars chaque année », note-t-il.

Ces travaux ont donné lieu à un brevet et ont été développés dans le cadre de deux projets européens, dont un avec la collaboration d’institutions en Chine.

L’étude s’intitule « Une approche basée sur un modèle pour recycler les matières premières récalcitrantes chez Pseudomonas putida en découplant la production de PHA de la limitation des nutriments. » Et cela a été publié dans la revue académique Cell Reports. (Source : SCCI)