Pour la première fois, des bactéries produisent des plastiques thermiquement stables similaires au polystyrène et au PET

Des bioingénieurs du monde entier ont travaillé à la création de microbes producteurs de plastique qui pourraient remplacer l’industrie des plastiques à base de pétrole. Aujourd’hui, des chercheurs coréens ont surmonté un obstacle majeur : faire en sorte que des bactéries produisent des polymères contenant des structures en forme d’anneau, qui rendent les plastiques plus rigides et thermiquement stables.

Étant donné que ces molécules sont généralement toxiques pour les micro-organismes, les chercheurs ont dû construire une nouvelle voie métabolique qui permettrait aux bactéries E. coli de produire et de tolérer l’accumulation du polymère et des éléments constitutifs qui le composent.

Le polymère obtenu est biodégradable et possède des propriétés physiques qui pourraient le prêter à des applications biomédicales telles que l’administration de médicaments, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires. Les résultats sont présentés le 21 août dans Tendances en biotechnologie.

« Je pense que la biofabrication sera la clé du succès dans la lutte contre le changement climatique et la crise mondiale du plastique », déclare Sang Yup Lee, auteur principal de l’étude et ingénieur chimiste et biomoléculaire à l’Institut supérieur coréen des sciences et technologies. « Nous devons collaborer au niveau international pour promouvoir la fabrication biosourcée afin de garantir un meilleur environnement pour notre avenir. »

La plupart des plastiques utilisés pour l’emballage et à des fins industrielles contiennent des structures « aromatiques » en forme d’anneau, comme le PET et le polystyrène. Des études antérieures ont réussi à créer des microbes capables de produire des polymères composés d’une alternance de monomères aromatiques et aliphatiques (non cycliques), mais c’est la première fois que des microbes produisent des polymères entièrement composés de monomères à chaînes latérales aromatiques.

Pour ce faire, les chercheurs ont d’abord construit une nouvelle voie métabolique en recombinant des enzymes provenant d’autres micro-organismes, ce qui a permis aux bactéries de produire un monomère aromatique appelé phényllactate. Ils ont ensuite utilisé des simulations informatiques pour concevoir une enzyme polymérase capable d’assembler efficacement ces éléments constitutifs du phényllactate en un polymère.

« Cette enzyme peut synthétiser le polymère plus efficacement que n’importe quelle enzyme disponible dans la nature », explique Lee.

Après avoir optimisé la voie métabolique des bactéries et l’enzyme polymérase, les chercheurs ont cultivé les microbes dans des cuves de fermentation de 6,6 L (1,7 gallon). La souche finale était capable de produire 12,3 g/L de polymère (poly(D phényllactate)). Pour commercialiser le produit, les chercheurs souhaitent augmenter le rendement à au moins 100 g/L.

« Compte tenu de ses propriétés, nous pensons que ce polymère devrait être particulièrement adapté à l’administration de médicaments », explique Lee. « Il n’est pas aussi résistant que le PET, principalement en raison de son poids moléculaire plus faible. »

À l’avenir, les chercheurs prévoient de développer d’autres types de monomères et polymères aromatiques dotés de propriétés chimiques et physiques diverses, par exemple des polymères ayant des poids moléculaires plus élevés, nécessaires aux applications industrielles. Ils travaillent également à optimiser davantage leur méthode afin de pouvoir la mettre à l’échelle.

« Si nous nous efforçons d’augmenter le rendement, cette méthode pourrait être commercialisée à plus grande échelle », explique Lee. « Nous travaillons à améliorer l’efficacité de notre processus de production ainsi que du processus de récupération, afin de pouvoir purifier de manière économique les polymères que nous produisons. »