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Ideonella sakaiensis est une bactérie découverte en 2016, par une équipe de scientifiques japonais capable de dégrader le plastique de type polytéréphtalate d’éthylène (PET) sous certaines conditions de mise en culture.[1]
Découverte
1ère étape : prélèvement en décharge et mise en culture
L’équipe scientifique a récolté 250 échantillons de sols, sédiments, eaux usées et boues activées, contaminés depuis environ 5 ans par du PET dans une usine de recyclage de bouteille PET à Sakai, ville de la banlieue d’Osaka au Japon. Environ 1 g des échantillons ont été cultivés individuellement dans un milieu contenant un film mince de plastique PET à faible cristallinité (1,9%).[1]
2ème étape : observation
Un échantillon provenant de sédiments formait un amas microbien sur le film PET. La microscopie a révélé qu’il contenait un mélange de bactéries, de cellules de levures et de protozoaires. Cet amas a dégradé la surface du film PET à une vitesse de 0,13 mg/cm2 par jour à 30 ° C.[1]
3ème étape : isolement de la bactérie
Des dilutions successives ont permis d’isoler la bactérie capable de dégrader le PET. L’analyse microscopique montrait que les sous dilutions ne contenant pas la bactérie du genre Ideonella perdaient leur capacité à dégrader le morceau de plastique. La conclusion fut donc que cette bactérie était responsable de la dégradation du PET et son nom devint alors Ideonella sakaiensis 201-F6. Le film PET a été fortement endommagé et presque complètement dégradé après 6 semaines à 30 ° C dans le tube à essai ne contenant qu’Ideonella sakaiensis.[1]
Caractéristiques
Ideonella sakaiensis est une bactérie gram négative aérobie. Les cellules sont mobiles avec un flagelle polaire. Elles se développent dans la gamme de pH 5,5-9,0 (optimale à pH 7-7,5) et à 15-42 ºC (optimale à 30-37 ºC).[2]
Fonctionnement
La lecture du génome de la bactérie a permis d’identifier deux enzymes responsables de la dégradation. La première, la PET hydrolase aussi appelée PETase, hydrolyse le PET et le transforme en mono(2-hydroxyethyl) téréphtalique acide (MHET), acide téréphtalique (TPA) et en bis(2-hydroxyethyl) téréphtalate (BHET). Cette protéine a aussi été identifiée comme dégradant le BHET en MHET. Le mécanisme d’attache de la PETase reste, cependant, inconnu.[1] La deuxième est la MHET hydrolase ou MHETase, qui appartient à la famille des tannases mais n’a aucune action sur les esters aromatiques typiquement hydrolysés par cette famille. Elle dégrade le MHET en TPA.[1] Les deux enzymes sont plus activées lorsque le milieu contient du PET et n’avaient jamais été identifiées simultanément dans le même organisme auparavant.[3][4] Le TPA est par la suite catabolisé par la bactérie comme source d’énergie.[1]
Limites
L’efficacité de la bactérie sur la dégradation du plastique PET est réduite par le taux de cristallinité classiquement élevé du PET, limitant les hydrolyses.[5] Aussi, le temps de dégradation (0,13 mg/cm2 par jour à 30 ° C), est relativement lent.[4][6]
Potentiel futur technologique
Ideonella sakaiensis pourrait être envisagée dans une stratégie de bioremédiation,[7] dans les système de recyclage du polytéréphtalate d’éthylène.[3][8][9] Pour ce faire, certains scientifiques suggèrent le recours à des procédés de biotechnologie moléculaire intervenant sur le génétisme de la bactérie, afin d’en obtenir un système de bioremédiation maitrisable.[8] Pour pallier à ses limites actuelles, un prétraitement du PET pour augmenter les zones amorphes pourrait être envisagé,[5] ou bien encore la modification des bactéries pour les rendre plus rapides et efficaces malgré le fort taux de cristallinité.[9]
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- (en) YOSHIDA Shosuke, HIRAGA Kazumi, TAKEHANA Toshihiko, TANIGUCHI Ikuo, YAMAJI Hironao et MAEDA Yasuhito, « A bacterium that degrades and assimilates PET », Science, vol. 351, , p. 1196‑1199.
- (en) HIRAGA Kazumi, YOSHIDA Shosuke, TANASUPAWAT Somboon, ODA Kohei et TAKEHANA Toshihiko, « Ideonella sakaiensis sp. nov., isolated from a microbial consortium that degrades poly(ethylene terephthalate) », International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, vol. 66, no 8, , p. 2813‑2818.
- (en) BORNSHEUER Uwe T., « Feeding on plastic », Science, vol. 351, no 6278, , p. 1154‑1155.
- (en) PROSTAK Sergio, « Ideonella sakaiensis: Newly-Discovered Bacterium Can Break Down, Metabolize Plastic », sur Breaking Science News, (consulté le ).
- (en) HALFORD Bethany, « Bacteria feast on plastic », sur Chemical & Engineering News, (consulté le ).
- (en) COGHLAN Andy, « Bacteria found to eat PET plastics could help do the recycling », sur New Scientist, (consulté le ).
- (en) HURTLEY Stella, « Some bacteria think plastic is fantastic », Science, vol. 351, no 6278, , p. 1162.
- (en) CHAN Allison, « The Future of Bacteria Cleaning Our Plastic Waste », sur Berkeley Scientific Journal, (consulté le ).
- THOUNY Laura, « Une bactérie mangeuse de plastique, la solution pour dépolluer les océans ? », sur nouvelobs.com, (consulté le ).