15.08.2022 - University of Manchester

L'ingénierie des enzymes pour aider à résoudre le problème du plastique sur la planète

Des chercheurs du Manchester Institute of Biotechnology (MIB) ont mis au point une nouvelle plateforme d'ingénierie enzymatique pour améliorer les enzymes de dégradation du plastique par le biais de l'évolution dirigée.

Pour illustrer l'utilité de leur plateforme, ils ont mis au point une enzyme capable de dégrader le poly(éthylène) téréphtalate (PET), le plastique couramment utilisé dans les bouteilles en plastique.

Ces dernières années, le recyclage enzymatique des plastiques est apparu comme une stratégie attrayante et respectueuse de l'environnement pour aider à atténuer les problèmes liés aux déchets plastiques. Bien qu'il existe un certain nombre de méthodes de recyclage des plastiques, les enzymes pourraient offrir une alternative plus rentable et plus efficace sur le plan énergétique. En outre, elles pourraient être utilisées pour décomposer sélectivement des composants spécifiques des flux de déchets plastiques mixtes qui sont actuellement difficiles à recycler avec les technologies existantes.

Bien que cette technologie soit prometteuse, des obstacles considérables doivent être surmontés pour que le recyclage enzymatique des plastiques soit utilisé à grande échelle à des fins commerciales. L'un de ces obstacles, par exemple, est que les enzymes naturelles capables de décomposer les plastiques sont généralement moins efficaces et instables dans les conditions requises pour un processus à l'échelle industrielle.

Pour remédier à ces limitations, dans un article publié dans Nature Catalysis, des chercheurs de l'université de Manchester ont présenté une nouvelle plateforme d'ingénierie enzymatique capable d'améliorer rapidement les propriétés des enzymes de dégradation des plastiques afin de les rendre plus adaptées au recyclage des plastiques à grande échelle. Leur plateforme intégrée et automatisée peut évaluer avec succès la capacité de dégradation du plastique d'environ 1000 variantes d'enzymes par jour.

Le Dr Elizabeth Bell, qui a dirigé les travaux expérimentaux au MIB, déclare à propos de la plateforme : "L'accumulation de plastique dans l'environnement est un défi mondial majeur. C'est pourquoi nous avons voulu utiliser nos capacités d'évolution des enzymes pour améliorer les propriétés des enzymes de dégradation du plastique afin de contribuer à atténuer certains de ces problèmes. Nous espérons qu'à l'avenir, notre plateforme évolutive nous permettra de développer rapidement des enzymes nouvelles et spécifiques qui pourront être utilisées dans des processus de recyclage du plastique à grande échelle."

Pour tester leur plateforme, ils ont développé une nouvelle enzyme, la HotPETase, par l'évolution dirigée de l'IsPETase. L'IsPETase est une enzyme récemment découverte, produite par la bactérie Ideonella sakaiensis, qui peut utiliser le PET comme source de carbone et d'énergie.

Bien que l'IsPETase ait la capacité naturelle de dégrader certaines formes semi-cristallines de PET, l'enzyme est instable à des températures supérieures à 40°C, bien en dessous des conditions de traitement souhaitables. Cette faible stabilité signifie que les réactions doivent être effectuées à des températures inférieures à la température de transition vitreuse du PET (~65°C), ce qui entraîne de faibles taux de dépolymérisation.

Pour remédier à cette limitation, l'équipe a développé une enzyme thermostable, la HotPETase, qui est active à 70°C, soit au-dessus de la température de transition vitreuse du PET. Cette enzyme peut dépolymériser le PET semi-cristallin plus rapidement que les enzymes rapportées précédemment et peut déconstruire sélectivement le composant PET d'un matériau d'emballage stratifié, soulignant la sélectivité qui peut être obtenue par le recyclage enzymatique.

Le professeur Anthony Green, maître de conférences en chimie organique, a déclaré : "Le développement de la HotPETase illustre parfaitement les capacités de notre plateforme d'ingénierie enzymatique. Nous sommes maintenant impatients de travailler avec des ingénieurs de procédés et des scientifiques spécialisés dans les polymères pour tester notre enzyme dans des applications réelles. Nous espérons que notre plateforme s'avérera utile pour développer des enzymes plus efficaces, stables et sélectives pour le recyclage d'un large éventail de matières plastiques."

Le développement d'enzymes robustes dégradant le plastique, telles que la HotPETase, ainsi que la disponibilité d'une plateforme polyvalente d'ingénierie enzymatique, constituent des contributions importantes au développement d'une solution biotechnologique au défi des déchets plastiques. Pour faire avancer cette technologie prometteuse, il faudra maintenant un effort collaboratif et multidisciplinaire impliquant des biotechnologistes, des ingénieurs de processus et des scientifiques spécialisés dans les polymères, issus des communautés universitaires et industrielles. Le monde étant confronté à un problème de déchets de plus en plus important, la biotechnologie pourrait apporter une solution écologiquement durable.

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.

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