Une enzyme bactérienne « Pac-Man » digère des bioplastiques en labo

Enfouissez un film de bioplastique dans le sol d'une forêt : en 250 à 330 jours, il a disparu. C'est ce qu'a constaté l'équipe de l'université de Constance en enterrant des films de polyester à environ 10 centimètres de profondeur dans l'humus du jardin botanique de l'université. Dans le même sol, suivi sur la même année, le HDPE conventionnel est resté presque intact, quasiment sans dégradation.

L'acteur principal est une enzyme située à la surface externe d'une cellule bactérienne. Son site actif, la poche où se produit la réaction chimique, est anormalement ouvert, ce qui a valu à l'enzyme son surnom de « Pac-Man » donné par les microbiologistes Harry Lerner et David Schleheck. Ancrée à la surface de la cellule, l'enzyme produit des briques de plastique qui se forment juste à côté de la bactérie, laquelle peut les absorber avant qu'elles ne s'éloignent ou ne soient captées par ses voisines. Au microscope électronique, le film enterré présentait des trous de taille micrométrique, chacun de la taille d'une seule cellule bactérienne. Les chercheurs font l'hypothèse que les bactéries se frayent ainsi un chemin dans le plastique, ce qui remet en cause l'idée répandue selon laquelle les microbes se contentent de libérer ces enzymes dans leur environnement.

En analysant l'ADN du sol, l'équipe a trouvé un gène présent uniquement dans le sol contenant le film de polyester. Il code une estérase, une enzyme qui coupe les liaisons esters, et sa structure ressemble à celle des bêta-lactamases, les enzymes qui neutralisent des antibiotiques comme la pénicilline en coupant leur cycle bêta-lactame. En laboratoire, l'enzyme décompose les polyesters en monomères et coupe aussi la pénicilline, les deux fois par hydrolyse, une réaction avec l'eau. Selon Schleheck, sa position en surface sert les deux fonctions, puisque les antibiotiques sont neutralisés avant de pouvoir pénétrer dans la cellule.

Cette découverte ouvre une question à laquelle l'équipe ne répond pas entièrement. Lerner indique que les scientifiques s'interrogent sur la fréquence des gènes de résistance aux antibiotiques dans la plastisphère, et que cette double fonction pourrait en expliquer une partie. Deux explications restent possibles : soit les organismes de ce milieu font évoluer des enzymes à double usage, soit certaines enzymes se sont spécialisées dans le plastique et leur activité contre la pénicilline n'est qu'un vestige. L'étude ne tranche pas entre les deux.

Pour qui conçoit des plastiques qui échappent au recyclage et finissent dans l'environnement, l'étude donne une règle concrète. Schleheck estime que les matériaux devraient tenir compte de ce que les microbes savent faire, ce qui implique de choisir des polymères dotés de points faibles chimiques intégrés, comme les liaisons esters de ce film. L'étude ne donne aucun calendrier quant à l'arrivée de tels matériaux dans les produits, et elle ne montre pas comment l'enzyme se comporterait en dehors des conditions contrôlées du sol et du laboratoire. Ce qu'elle montre, en revanche, c'est que les bactéries pourraient s'adapter aux plastiques polyesters plus vite que les scientifiques ne l'avaient prévu.