La salive du fausse teigne de la cire contient des enzymes capables de dégrader le plastique.

Une équipe de chercheurs du CSIC a découvert que la salive du fausse teigne de la cire dégrade le plastique, ce qui pourrait avoir de nombreuses applications dans le traitement ou le recyclage des déchets plastiques. Cette équipe a découvert en 2017 que cette espèce de ver (le lépidoptère Galleria mellonella) est capable de décomposer le plastique (polyéthylène), et maintenant ils ont découvert comment il le fait : sa salive contient des enzymes (de la famille des phénol oxydases) qui initient la dégradation du polyéthylène en peu de temps et à température ambiante. Ces enzymes sont les premières et les seules enzymes connues capables de dégrader le plastique polyéthylène sans prétraitement, selon Federica Bertocchini, chercheuse au Centro de Investigaciones Biológicas (CIB-CSIC) qui a dirigé l'étude. Les résultats de ces travaux, en attente d'examen, ont été publiés sous forme de préimpression dans le dépôt BioRxiv. L'étude a été financée par la Fondation Roechling (Allemagne).

"Pour dégrader le plastique, l'oxygène doit pénétrer dans le polymère (la molécule de plastique). Cette première étape d'oxydation, qui résulte généralement d'une exposition au soleil ou à des températures élevées, est un goulot d'étranglement qui ralentit la dégradation des plastiques tels que le polyéthylène, l'un des plastiques les plus résistants", explique M. Bertocchini. "C'est pourquoi, dans des conditions environnementales normales, il faut des mois ou des années pour que le plastique se dégrade", ajoute M. Bertocchini.

"Nous avons découvert que des enzymes présentes dans la salive du fausse teigne de la cire effectuent cette étape cruciale : elles oxydent le plastique. Cela leur permet de surmonter le goulot d'étranglement de la dégradation du plastique et d'accélérer sa décomposition", ajoute-t-elle.

Le polyéthylène est l'une des matières plastiques les plus résistantes et les plus utilisées. Avec le polypropylène et le polystyrène, il représente 70% de la production totale de plastique. La pollution plastique constitue une menace pour la santé et l'environnement de la planète. Il est donc urgent de trouver des solutions pour lutter contre les déchets plastiques.

L'un des domaines de recherche les plus prometteurs et les plus prometteurs est la dégradation des plastiques par des moyens biologiques. Ce processus est connu sous le nom de biodégradation et est associé à des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons. Toutefois, à ce jour, seule une poignée de micro-organismes peut décomposer les polymères plastiques résistants que sont les polyéthylènes. Et, dans la plupart des cas, un prétraitement agressif est nécessaire pour assurer l'oxydation et permettre ainsi aux micro-organismes d'avoir un certain effet (bien que lent) sur le plastique.

Vers mangeurs de plastique

Il y a quelques années, un nouveau champ de recherche s'est ouvert : on a découvert que certains insectes du genre Lepidoptera et Coleoptera étaient capables de dégrader le polyéthylène et le polystyrène. "Dans notre laboratoire, nous avons découvert l'insecte qui semble être le plus rapide de tous : les larves du lépidoptère Galleria mellonella, connu sous le nom de fausse teigne de la cire ", explique M. Bertocchini. "Ces larves ont été capables d'oxyder et de décomposer les polymères du plastique en très peu de temps (après seulement une heure d'exposition).

"Ces dernières années, les gens ont essayé de comprendre comment ces insectes parviennent à faire quelque chose comme ça. De nombreuses études se sont concentrées sur les micro-organismes qui vivent dans le système digestif de ces vers, en partant du principe que les vers peuvent utiliser le plastique comme nourriture et que la dégradation serait le résultat de leur activité métabolique et du processus digestif", rappelle le chercheur. "Mais cette hypothèse est très discutable, c'est pourquoi nos recherches se sont concentrées dès le début sur la cavité buccale des vers", dit-elle.

"Nous avons examiné de près le comportement du fausse teigne de la cire en présence de polyéthylène et nous avons découvert que les enzymes présentes dans la salive du ver (c'est-à-dire le liquide recueilli dans la bouche de l'insecte) sont capables de dégrader le polyéthylène", explique Bertocchini. "Le polymère en contact avec la salive s'oxyde et se dépolymérise en quelques heures. Nous avons identifié des résidus dégradés qui se forment en présence de leur salive", explique-t-il.

En outre, les chercheurs ont analysé la salive au microscope électronique et ont observé une forte teneur en protéines. "Dans la salive, nous avons isolé deux enzymes capables de reproduire l'oxydation provoquée par la salive dans son ensemble", explique le chercheur. Ces deux protéines, nommées Demetra et Ceres, appartiennent à la famille des enzymes phénol oxydases.

"Nous avons constaté que l'enzyme Demetra avait un effet significatif sur le polyéthylène, laissant des marques (petits cratères) visibles à l'œil nu à la surface du plastique ; cet effet a également été confirmé par l'apparition de produits de dégradation formés après exposition du polyéthylène à cette enzyme ; l'enzyme Ceres oxyde le polymère, mais sans laisser de marques visibles, ce qui suggère que les deux enzymes ont un effet différent sur le polyéthylène", résume-t-elle.

Fonctionnement des enzymes phénol-oxydases

Les phénols sont des molécules que les plantes utilisent comme moyen de défense contre des ennemis potentiels, tels que les larves d'insectes. Les insectes pourraient donc produire des enzymes phénol-oxydases pour oxyder les phénols des plantes et ainsi les neutraliser, ce qui leur permettrait de se nourrir en toute sécurité sur les plantes. Les phénols sont également présents dans de nombreux additifs plastiques, ce qui pourrait en faire des cibles pour ces enzymes et créer les conditions nécessaires à l'oxydation et à la dépolymérisation du plastique. "Jusqu'à présent, il ne s'agit que de spéculations et d'autres expériences seront nécessaires pour approfondir le mécanisme d'action de l'enzyme", préviennent les chercheurs.

Une question encore plus intéressante est de savoir comment les punaises de cire ont acquis cette capacité. Les chercheurs supposent que cela pourrait être dû à un processus évolutif. "Les fausse teigne de la cire se nourrissent de cire de ruche et de pollen provenant d'une grande variété d'espèces végétales. Sachant que la cire de ruche est pleine de phénols, ce type d'enzyme serait très utile aux vers. Indirectement, cela expliquerait pourquoi les fausse teigne de la cire peuvent décomposer le polyéthylène. Toutefois, cette théorie n'est pour l'instant que spéculation et d'autres études combinant la biologie des insectes et la biotechnologie seront nécessaires.