Une équipe de chercheurs du CSIC a découvert que la salive du ver de cire dégrade le plastique; une découverte aux multiples applications pour le traitement ou le recyclage des déchets plastiques. En 2017, l'équipe a découvert que cette espèce de ver (le lépidoptère Galleria mellonella) est capable de décomposer le plastique (polyéthylène), et maintenant ils ont découvert comment il le fait :sa salive contient des enzymes (appartenant à la famille des phénol oxydase) qui peuvent déclencher rapidement la dégradation du polyéthylène à température ambiante. Ces enzymes sont les premières et les seules enzymes connues capables de dégrader le plastique polyéthylène sans nécessiter de prétraitement, selon Federica Bertocchini, chercheuse du CSIC au CIB-CSIC (Centre de recherche biologique) qui a dirigé l'étude. Les résultats des travaux, en attente d'examen, ont été publiés en prépublication dans le BioRxiv archives en ligne.

"Pour que le plastique se dégrade, l'oxygène doit pénétrer dans le polymère (la molécule de plastique). Il s'agit de la première étape de l'oxydation, qui résulte généralement de l'exposition au soleil ou à des températures élevées, et représente un goulot d'étranglement qui ralentit la dégradation des plastiques comme polyéthylène, l'un des polymères les plus résistants », explique Bertocchini. "C'est pourquoi, dans des conditions environnementales normales, le plastique met des mois, voire des années, à se dégrader", ajoute-t-elle.

"Nous avons maintenant découvert que les enzymes présentes dans la salive du ver de cire effectuent cette étape cruciale :elles oxydent le plastique. Cela signifie qu'elles peuvent surmonter le goulot d'étranglement dans le processus de dégradation du plastique et accélérer sa décomposition", ajoute-t-elle.

Le polyéthylène est l'un des plastiques les plus résistants et les plus largement utilisés. Avec le polypropylène et le polystyrène, il représente 70 % de la production totale de plastique. La pollution plastique constitue une menace pour la santé et l'environnement de la planète, il est donc urgent de trouver des solutions pour s'attaquer au problème des déchets plastiques. L'un des domaines de recherche les plus prometteurs avec le plus grand potentiel est la dégradation biologique des plastiques. Ce processus est connu sous le nom de biodégradation et est associé à des micro-organismes tels que des bactéries et des champignons. Cependant, à ce jour, seule une poignée de micro-organismes sont connus pour décomposer les polymères plastiques résistants formant le polyéthylène. De plus, dans la plupart des cas, un prétraitement agressif est nécessaire pour garantir l'oxydation et permettre ainsi aux micro-organismes d'exercer un certain effet (quoique lent) sur le plastique.

Vers mangeurs de plastique

Il y a quelques années, un nouveau champ de recherche s'est ouvert avec la découverte que certaines espèces d'insectes de l'ordre des Lépidoptères et des Coléoptères sont capables de dégrader le polyéthylène et le polystyrène. "Dans notre laboratoire, nous avons découvert l'insecte qui semble être le plus rapide de tous :les larves du lépidoptère Galleria mellonella, communément appelé ver de cire", explique Bertocchini. "Ces larves sont capables d'oxyder et de décomposer très rapidement les polymères du plastique" (après seulement une heure d'exposition).

"Ces dernières années, des efforts ont été faits pour savoir comment ces insectes parviennent à le faire. De nombreuses études se sont concentrées sur les micro-organismes habitant le système digestif de ces vers, en partant de l'hypothèse que les vers peuvent utiliser le plastique comme nourriture et que son la dégradation serait le résultat de leur activité métabolique et de leurs processus digestifs », remarque le chercheur. "Mais cette hypothèse est très discutable donc, dès le départ, nos recherches se sont concentrées sur la cavité buccale du ver", explique-t-elle.

"Nous avons examiné le comportement du ver de cire lorsqu'il entre en contact avec du polyéthylène et avons découvert que les enzymes présentes dans la salive du ver (c'est-à-dire le liquide à l'intérieur de la bouche de l'insecte) peuvent dégrader le polyéthylène", nous dit Bertocchini. "Au contact de la salive, le polymère s'oxyde et se dépolymérise en quelques heures. Nous avons identifié des résidus dégradés qui se forment en présence de la salive du ver", explique-t-elle.

De plus, les chercheurs ont analysé la salive à l'aide de la microscopie électronique et ont observé une teneur élevée en protéines. "Nous avons isolé de la salive deux enzymes capables de reproduire l'oxydation produite par la salive dans son ensemble", explique le chercheur. Ces deux protéines, appelées Demetra et Ceres, appartiennent à la famille des enzymes phénol oxydases.

"Nous avons constaté que l'enzyme Demetra avait un effet significatif sur le polyéthylène, laissant des marques (petits cratères) à la surface du plastique, visibles à l'œil nu ; cet effet a également été confirmé par l'apparition de produits de dégradation formés après l'exposition du polyéthylène. à cette enzyme. L'enzyme Ceres oxyde également le polymère, mais ne laisse pas de traces visibles, suggérant que les deux enzymes ont un effet différent sur le polyéthylène", résume-t-elle.

Comment fonctionnent les enzymes phénol oxydases

Les phénols sont des molécules utilisées par les plantes pour se défendre contre des ennemis potentiels, comme les larves d'insectes. Par conséquent, les insectes pourraient produire des enzymes phénol oxydase comme moyen d'oxyder les phénols végétaux, et ainsi les neutraliser, ce qui signifie qu'ils pourraient se nourrir en toute sécurité des plantes. Les phénols sont également présents dans de nombreux additifs plastiques, ce qui pourrait en faire des cibles pour ces enzymes et créer les conditions nécessaires à l'oxydation et à la dépolymérisation du plastique. "Jusqu'à présent, ce ne sont que des spéculations et d'autres expériences seront nécessaires pour étudier en profondeur les mécanismes d'action de l'enzyme", préviennent les chercheurs.

Une question encore plus intéressante est de savoir comment les vers de cire ont acquis cette capacité. Les chercheurs pensent que cela pourrait être dû à un processus évolutif. Les vers de cire se nourrissent de cire de ruche et de pollen provenant d'une grande variété d'espèces végétales. Considérant que la cire de ruche est pleine de phénols, ce type d'enzyme serait très utile à ces insectes. Indirectement, cela expliquerait pourquoi les vers de cire peuvent dégrader le polyéthylène. Cependant, jusqu'à présent, cette théorie n'est que spéculation et nous devons mener davantage de recherches combinant la biologie des insectes avec la biotechnologie. + Explorer plus loin

La découverte d'une nouvelle enzyme est un autre pas en avant vers la lutte contre les déchets plastiques