Novel microorganisms screening assay for detection of the biodegradation activity against polyethylene-wax
Cette étude présente un nouveau test de criblage rapide utilisant des plaques de gélose d'émulsion de PE-cire pour isoler et identifier avec succès des micro-organismes du sol, incluant les genres *Pseudomonas* et *Stenotrophomonas*, capables de biodégrader des dérivés de polyéthylène.
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La pollution plastique est un défi majeur de notre époque, avec des milliards de tonnes de matériaux synthétiques s'accumulant dans l'environnement. Parmi ceux-ci, le polyéthylène est le plus courant, présent dans tout, des sacs d'épicerie aux films d'emballage. Ce matériau est notoirement difficile à décomposer pour la nature car sa structure moléculaire est une longue chaîne stable d'atomes de carbone qui résiste aux enzymes que la plupart des microbes utilisent pour se nourrir. Pour qu'un microbe puisse consommer du plastique, il doit d'abord altérer chimiquement cette structure robuste, généralement en lui ajoutant de l'oxygène, transformant ainsi le plastique inerte en quelque chose de plus mou et de plus accessible. Sans cette étape initiale, le plastique reste une forteresse que les bactéries ne peuvent pénétrer. Les scientifiques cherchent depuis longtemps les microbes et les enzymes spécifiques capables d'accomplir cette première étape cruciale, mais les trouver a été comparable à la recherche d'une aiguille dans une botte de foin. Les méthodes standards pour tester les échantillons de sol sont lentes, coûteuses et échouent souvent à distinguer les microbes qui survivent simplement grâce à des traces de nutriments de ceux qui attaquent activement le plastique.
Une équipe de chercheurs de l'Université des sciences environnementales et de la vie de Wrocław, en Pologne, a développé une nouvelle façon d'accélérer cette recherche. Ils ont créé une méthode de criblage qui utilise un type spécifique de cire faite de polyéthylène oxydé comme substitut de la réalité. Comme le plastique entièrement oxydé est plus facile à manipuler pour les microbes que le plastique brut, cette cire sert de modèle pour trouver des organismes possédant les outils nécessaires pour entamer le processus de décomposition. Les chercheurs ont mélangé cette cire avec de l'eau et une substance douce semblable à du savon pour créer une émulsion laiteuse, qu'ils ont ensuite versée dans des boîtes de Petri pour former une couche mince et solide sur une base nutritive. Lorsqu'ils ont placé des échantillons de sol sur ces boîtes, ils ont attendu de voir si des microbes pousseraient et laisseraient un anneau clair autour d'eux. Cet anneau clair, ou halo, indiquait qu'un microbe était en train de consommer activement la cire, libérant le passage au fur et à mesure de son alimentation.
L'équipe a collecté du sol provenant de quatre endroits différents en Pologne, allant des autoroutes fréquentées et des zones industrielles aux réserves naturelles calmes, dans l'espoir de trouver des microbes adaptés à différents niveaux de pollution. Après avoir fait pousser des milliers de petites colonies sur leurs boîtes de cire spéciales, ils ont trouvé deux groupes spécifiques de microbes qui avaient réussi à créer ces halos clairs. Il ne s'agissait pas de bactéries isolées, mais de communautés mixtes, ou consortiums, travaillant ensemble. Pour prouver que ces microbes étaient réellement capables d'utiliser la cire comme nourriture, les chercheurs les ont transférés dans des réservoirs liquides contenant uniquement l'émulsion de cire et aucune autre source de nourriture. Sur plusieurs semaines, ils ont transféré de manière répétée les microbes dans de la cire liquide fraîche, un processus qui a forcé la communauté à s'adapter et à devenir plus efficace pour digérer le polymère. Les microbes n'ont pas seulement survécu, ils sont devenus plus épais et plus robustes à chaque transfert, prouvant qu'ils pouvaient vivre entièrement grâce à la cire.
Pour s'assurer que les microbes modifiaient réellement la structure chimique de la cire et ne se contentaient pas de croître sur des impuretés accidentelles, les scientifiques ont utilisé un test chimique hautement sensible. Ils ont ajouté un colorant spécial qui brille lorsqu'il se lie à des groupes chimiques spécifiques appelés aldéhydes, qui se forment lorsque le plastique commence à se décomposer. Les cultures liquides contenant les microbes présentaient une forte lueur, confirmant que les chaînes de plastique étaient chimiquement altérées. Curieusement, la lueur était la plus forte lors des premières étapes de l'expérience et légèrement plus faible lors des étapes ultérieures, plus adaptées. Les chercheurs suggèrent que cela s'est produit parce que les microbes hautement efficaces et évolués décomposaient le plastique si rapidement que les groupes aldéhydes intermédiaires étaient convertis en l'étape suivante de la décomposition avant que le colorant ne puisse les capturer. Ce traitement rapide est le signe d'un processus de dégradation sain et actif.
Lorsque l'équipe a analysé la composition génétique des communautés microbiennes avant et après cette période d'adaptation, elle a observé un changement radical dans la hiérarchie. Les échantillons de sol originaux étaient un mélange diversifié de nombreux types de bactéries. Cependant, après des semaines de vie sur la cire, les communautés se sont simplifiées et ont été dominées par seulement quelques types de bactéries, spécifiquement celles des genres Pseudomonas et Stenotrophomonas, ainsi qu'une famille de bactéries appelée Alcaligenaceae. Ces groupes spécifiques sont connus dans la littérature scientifique pour leur capacité à gérer les hydrocarbures à longue chaîne, les mêmes blocs de construction que l'on trouve dans le plastique. Le fait que ces microbes particuliers se soient hissés au sommet de la chaîne alimentaire lorsque le plastique était la seule nourriture disponible suggère qu'ils possèdent les enzymes spécifiques nécessaires pour s'attaquer au matériau.
Cette étude ne prétend pas avoir trouvé un microbe capable de dissoudre instantanément un sac plastique, ni suggère que le problème de la pollution plastique est résolu. Au lieu de cela, elle offre un outil fiable et rapide pour trouver le bon point de départ. En utilisant cette méthode de criblage basée sur la cire, les scientifiques peuvent désormais identifier rapidement quels échantillons de sol contiennent des microbes capables d'attaquer les parties oxydées du plastique. Ces découvertes offrent une voie pratique pour la découverte des enzymes et des organismes qui pourraient un jour être utilisés pour aider à décomposer les vastes quantités de déchets plastiques qui étouffent actuellement nos écosystèmes. Ce travail confirme qu'avec la bonne méthode de criblage, les propres recycleurs de la nature peuvent être trouvés et étudiés avec beaucoup plus de rapidité et de précision.
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