Une variante enzymatique créée par des ingénieurs et des scientifiques de l'Université du Texas à Austin peut décomposer les plastiques étranglant l'environnement qui mettent généralement des siècles à se dégrader en quelques heures à quelques jours.

Cette découverte, publiée aujourd'hui dans Nature , pourrait aider à résoudre l'un des problèmes environnementaux les plus urgents au monde :que faire des milliards de tonnes de déchets plastiques qui s'accumulent dans les décharges et polluent nos terres naturelles et notre eau. L'enzyme a le potentiel de booster le recyclage à grande échelle, ce qui permettrait aux grandes industries de réduire leur impact environnemental en récupérant et en réutilisant les plastiques au niveau moléculaire.

"Les possibilités sont infinies dans toutes les industries pour tirer parti de ce processus de recyclage de pointe", a déclaré Hal Alper, professeur au département McKetta de génie chimique à UT Austin. "Au-delà de l'évidente industrie de la gestion des déchets, cela offre également aux entreprises de tous les secteurs la possibilité de prendre l'initiative dans le recyclage de leurs produits. Grâce à ces approches enzymatiques plus durables, nous pouvons commencer à envisager une véritable économie circulaire des plastiques."

Le projet se concentre sur le polyéthylène téréphtalate (PET), un polymère important présent dans la plupart des emballages de consommation, y compris les contenants de biscuits, les bouteilles de soda, les emballages de fruits et de salades, et certaines fibres et textiles. Il représente 12 % de tous les déchets mondiaux.

L'enzyme a pu compléter un "processus circulaire" consistant à décomposer le plastique en parties plus petites (dépolymérisation) puis à le reconstituer chimiquement (repolymérisation). Dans certains cas, ces plastiques peuvent être entièrement décomposés en monomères en aussi peu que 24 heures.

Des chercheurs de la Cockrell School of Engineering et du College of Natural Sciences ont utilisé un modèle d'apprentissage automatique pour générer de nouvelles mutations d'une enzyme naturelle appelée PETase qui permet aux bactéries de dégrader les plastiques PET. Le modèle prédit quelles mutations de ces enzymes permettraient d'atteindre l'objectif de dépolymérisation rapide des déchets plastiques post-consommation à basse température.

Grâce à ce processus, qui comprenait l'étude de 51 récipients en plastique post-consommation différents, cinq fibres et tissus de polyester différents et des bouteilles d'eau tous fabriqués à partir de PET, les chercheurs ont prouvé l'efficacité de l'enzyme, qu'ils appellent FAST-PETase (fonctionnelle, active, PETase stable et tolérante).

"Ce travail démontre vraiment le pouvoir de rassembler différentes disciplines, de la biologie synthétique au génie chimique en passant par l'intelligence artificielle", a déclaré Andrew Ellington, professeur au Center for Systems and Synthetic Biology, dont l'équipe a dirigé le développement du modèle d'apprentissage automatique.

Le recyclage est le moyen le plus évident de réduire les déchets plastiques. Mais à l'échelle mondiale, moins de 10 % de tout le plastique a été recyclé. La méthode la plus courante pour éliminer le plastique, en plus de le jeter dans une décharge, consiste à le brûler, ce qui est coûteux, énergivore et libère des gaz nocifs dans l'air. D'autres processus industriels alternatifs incluent des processus très énergivores de glycolyse, de pyrolyse et/ou de méthanolyse.

Les solutions biologiques consomment beaucoup moins d'énergie. La recherche sur les enzymes pour le recyclage du plastique a progressé au cours des 15 dernières années. Cependant, jusqu'à présent, personne n'avait été en mesure de comprendre comment fabriquer des enzymes capables de fonctionner efficacement à basse température pour les rendre à la fois portables et abordables à grande échelle industrielle. FAST-PETase peut effectuer le processus à moins de 50 degrés Celsius.

Ensuite, l'équipe prévoit de travailler à l'intensification de la production d'enzymes pour se préparer à une application industrielle et environnementale. Les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour la technologie et envisagent plusieurs utilisations différentes. Le nettoyage des décharges et l'écologisation des industries à forte production de déchets sont les plus évidentes. Mais une autre utilisation potentielle clé est l'assainissement de l'environnement. L'équipe étudie plusieurs façons d'amener les enzymes sur le terrain pour nettoyer les sites pollués.

"Lorsque vous envisagez des applications de nettoyage de l'environnement, vous avez besoin d'une enzyme capable de fonctionner dans l'environnement à température ambiante. C'est là que notre technologie a un énorme avantage à l'avenir", a déclaré Alper.

Alper, Ellington, professeur agrégé de génie chimique Nathaniel Lynd et Hongyuan Lu, chercheur postdoctoral dans le laboratoire d'Alper, ont dirigé la recherche. Danny Diaz, membre du laboratoire d'Ellington, a créé le modèle d'apprentissage automatique. Les autres membres de l'équipe comprennent du génie chimique :Natalie Czarnecki, Congzhi Zhu et Wantae Kim ; et des biosciences moléculaires :Daniel Acosta, Brad Alexander, Yan Jessie Zhang et Raghav Shroff. + Explorer plus loin

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