Les résultats, publiés aujourd'hui dans la revue Nature Communications, pourraient un jour conduire à des processus de recyclage à l'échelle industrielle qui transformeraient les déchets alimentaires, le coton et d'autres matières organiques en de nouveaux produits. Cela pourrait également ouvrir la voie à une conversion plus efficace des matières végétales en biocarburants.
"Ces enzymes contribuent à rendre possible le recyclage du carbone dans l'environnement, et nous pourrons peut-être utiliser la connaissance de leur fonctionnement pour concevoir de meilleures versions à des fins de recyclage", a déclaré Adam Guss, biologiste microbien du NIST.
L’une des parties les plus importantes du cycle du carbone est la dégradation de la matière organique (des vieilles feuilles aux vêtements en coton en passant par les micro-organismes morts) par les bactéries et les champignons. Ce processus de dégradation renvoie du carbone et des nutriments précieux au sol, où ils peuvent nourrir une nouvelle vie, à condition que la matière organique soit biodégradable. Les matières organiques synthétiques ou hautement transformées ne se décomposent généralement pas bien, ce qui constitue un problème majeur pour l'environnement.
Mais certaines enzymes connues sous le nom de polysaccharides monooxygénases lytiques (LPMO) permettent à certaines bactéries et champignons de contourner l'extérieur résistant de la matière organique autrement non digestible, permettant ainsi aux microbes de décomposer les parties intérieures des molécules pour obtenir de la nourriture et de l'énergie.
Comme leur nom l'indique, les LPMO utilisent de l'oxygène et des ions métalliques tels que le cuivre ou le fer pour briser des molécules à base de sucre appelées polysaccharides qui font partie de l'échafaudage des parois cellulaires végétales des feuilles et des fibres de coton, ainsi que des exosquelettes de chitine. -contenant des champignons et des insectes.
L'étude du NIST s'est concentrée sur un LPMO produit par une bactérie appelée Streptomyces coelicolor, une espèce connue pour décomposer les matières végétales dans le cadre du processus de formation du compost. Le LPMO bactérien était capable de briser les polysaccharides au niveau atomique sans perturber le « squelette » de la cellulose, ce qui constitue une caractéristique prometteuse pour la future production de biocarburants.
Divers autres microbes produisent également des LPMO, mais les chercheurs commencent seulement à comprendre leur fonctionnement. À mesure que l'on en apprend davantage sur les divers LPMO présents dans la nature, il pourrait devenir possible de les transplanter dans différents microbes, créant ainsi des usines de recyclage du plastique et d'autres composés modernes qui ne se décomposent pas bien dans l'environnement.
"Dans la nature, les LPMO aident les champignons à décomposer les feuilles mortes dans les sols acides et pauvres en nutriments des forêts", a déclaré Guss. "Nous voulons exploiter la puissance de ces enzymes pour des processus industriels utilisant des microbes qui fonctionnent mieux à des niveaux de pH et des températures plus élevés. Ensuite, nous pouvons penser au recyclage à grande échelle, où nous cultivons ou concevons des bactéries avec les bons LPMO, et les nourrissons. déchets organiques et obtenir des produits utiles et précieux, tels que des carburants durables ou des bioplastiques, à l'autre bout. »
