Des chercheurs ont récemment créé une bactérie génétiquement modifiée qui est capable de transformer des polluants à base de plastique en médicaments contre la douleur. Cette innovation, repérée par ScienceNews, pourrait aider l’industrie à gérer une source de pollution problématique et même à la valoriser.
Les plastiques sont des matériaux formidablement utiles dans de très nombreux domaines de notre société. Mais nombre d’entre eux posent aussi un gros problème au niveau environnemental, notamment à cause de leur résistance à la dégradation. Ils sont en effet constitués de longues chaînes de polymères qui n’existent pas à l’état naturel, et les micro-organismes n’ont donc pas eu le temps d’acquérir les armes nécessaires pour les décomposer.
De nombreux chercheurs explorent donc différentes manières de se débarrasser, et même de recycler cette source de pollution majeure. La plupart de ces approches reposent sur l’ingénierie génétique ; en modifiant la machinerie interne de certaines bactéries, des spécialistes sont déjà parvenus à les rendre capables de briser ces chaînes de polymères, parfois même pour les transformer en composés utiles.
L’ingénierie génétique à la rescousse
Un exemple intéressant a récemment émergé de l’Université d’Édimbourg, en Écosse. L’équipe à l’origine de ces travaux a commencé ses recherches avec Escherichia coli, ou E. coli, une bactérie extrêmement commune que l’on trouve notamment dans le système digestif de nombreux animaux – y compris les humains. C’est aussi l’un des principaux organismes modèles utilisés en biologie ; elle a été si étudiée que presque tous les éléments de son génome et de son métabolisme sont déjà connus de bout en bout, ce qui facilite considérablement leur manipulation génétique.
Les auteurs de l’étude ont commencé par tester leur approche avec une molécule appelée acide para-aminobenzoïque, ou PABA. Il s’agit d’un composé très important dans le métabolisme des bactéries, car c’est un précurseur qui leur permet de produire de l’acide folique. Ce dernier est essentiel à la vie, car il participe à la production de l’ADN, de l’ARN et des acides aminés. Sans lui, les cellules ne peuvent pas se répliquer correctement, empêchant les organismes de grandir et de proliférer.
L’équipe a commencé par désactiver la voie métabolique qui permet à E. coli de synthétiser ce PABA. Cela signifie que les bactéries étaient condamnées, à moins qu’elles ne trouvent une autre façon de produire cet acide.
En parallèle, ils les ont aussi dotées d’un nouveau gène associé à la production d’une enzyme particulière, capable de catalyser une réaction chimique appelée réarrangement de Lossen. Dans ce contexte, cette réaction permet d’altérer la structure moléculaire d’un plastique pour produire du PABA.
Les chercheurs ont ensuite fourni des précurseurs dérivés de plastique PET aux bactéries pour vérifier si leurs modifications génétiques avaient fonctionné. Dans l’idéal, elles devraient être capables de survivre en convertissant ces précurseurs en PABA grâce à cette nouvelle voie métabolique ajoutée artificiellement. Dans le cas contraire, elles auraient été privées de leur capacité à produire l’acide folique indispensable à leur survie, et auraient dépéri rapidement.
Au bout du processus, les chercheurs ont constaté que E. coli continuait à proliférer. Une preuve que le réarrangement de Lossen se déroulait correctement, et que l’équipe pouvait passer à l’étape suivante.
Du plastique au paracétamol
À partir de là, ils ont procédé à une nouvelle série de modifications génétiques pour ajouter une nouvelle voie métabolique supplémentaire, cette fois pour permettre à E. coli de convertir le PABA en acétaminophène – un composé plus connu sous le nom de paracétamol, le principe actif de nombreux antidouleurs grand public. Après cette nouvelle modification, E. coli s’est montrée capable de convertir 92 % des précurseurs à base de plastique en paracétamol dans un délai de 48 heures !
C’est un résultat très encourageant. En effet, la production du paracétamol repose en grande partie sur des phénols, des dérivés du benzène qui est lui-même obtenu à partir du pétrole brut. En d’autres termes, la production de cet antidouleur très commun dépend de l’industrie pétrochimique. Cela signifie qu’en théorie, l’approche démontrée par les auteurs de l’étude pourrait permettre de faire d’une pierre deux coups, en recyclant des polluants problématiques pour produire du paracétamol sans utiliser davantage de matériaux fossiles.
Un concept prometteur, mais encore loin d’être mature
Il convient toutefois de préciser que cette étude ne présente qu’une preuve de concept. En l’état actuel des choses, il ne sera pas évident de l’intégrer à un processus industriel à grande échelle.
Cela concerne notamment la méthode utilisée par les auteurs de l’étude pour produire ces fameux précurseurs dérivés du plastique PET. Ils ont eu recours à un processus de dépolymérisation, qui permet de briser les chaînes de polymères qui constituent le matériau. Or, il s’agit d’une réaction délicate qui peut aussi former d’autres sous-produits indésirables si elle n’est pas contrôlée très rigoureusement. Gérer de grandes quantités de plastique PET recyclé, et donc souvent contaminé par d’autres espèces chimiques, sera donc compliqué.
Selon Dylan Domaille, un chimiste non impliqué dans l’étude cité par ScienceNews, il sera difficile de réaliser ce processus à grande échelle pour produire du paracétamol en masse. Car même si c’est techniquement faisable, la rentabilité risque d’être très largement inférieure à celle des méthodes de production classiques, basées sur le pétrole.
Mais l’idée reste néanmoins prometteuse. À l’avenir, d’autres modifications génétiques pourraient permettre à E. coli de réaliser toute la chaîne de transformation depuis le début – y compris la conversion du plastique brut en précurseurs du PABA. Le cas échéant, il suffirait par exemple de fournir de vieilles bouteilles aux bactéries altérées pour obtenir du paracétamol au bout de la chaîne. Il conviendra donc de suivre l’évolution de ce champ de recherche prometteur qui, à terme, pourrait nous permettre de produire des tas de composés utiles à l’aide de bactéries génétiquement modifiées.
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