Une enzyme conçue pour décomposer le plastique en 24 heures seulement
L‘idée de déployer des enzymes pour décomposer les déchets plastiques prend de l’ampleur grâce à une série d’avancées démontrant comment elles peuvent le faire avec une efficacité croissante, et même réduire la matière à de simples molécules. Une nouvelle étude marque une nouvelle avancée : des scientifiques ont tiré parti de l’apprentissage automatique pour concevoir une enzyme qui dégrade certaines formes de plastique en 24 heures seulement, avec une stabilité qui la rend bien adaptée pour une utilisation à grande échelle.
Les scientifiques explorent le potentiel des enzymes pour aider au recyclage des plastiques depuis plus d’une décennie, mais les six dernières années environ ont vu des avancées significatives. En 2016, des chercheurs japonais ont découvert une bactérie qui utilisait des enzymes pour décomposer les plastiques PET en quelques semaines seulement. Une version modifiée de ces enzymes, baptisée PETase, a encore amélioré les performances, et en 2020, des scientifiques ont mis au point une version encore plus puissante qui digère les plastiques PET six fois plus vite.
Une équipe de l’université du Texas a entrepris de remédier à certaines des faiblesses de ces enzymes observées jusqu’à présent. Selon les scientifiques, l’application de cette technologie a été freinée par une incapacité à fonctionner correctement à basse température et dans différentes gammes de pH, par un manque d’efficacité dans le traitement direct des déchets plastiques non traités et par la lenteur des réactions.
Pour résoudre ces problèmes, l’équipe a mis au point un modèle d’apprentissage automatique capable de prédire les mutations d’une enzyme PETase qui lui conféreraient ces capacités. Pour ce faire, elle a étudié de près une série de produits en plastique PET, notamment des récipients, des bouteilles d’eau et des tissus, puis elle a utilisé le modèle pour concevoir et développer une nouvelle enzyme améliorée, baptisée FAST-PETase (FAST pour PETase fonctionnelle, active, stable et tolérante).
Cette nouvelle enzyme s’est avérée supérieure pour décomposer les plastiques PET à des températures comprises entre 30 et 50 °C et à différents niveaux de pH. Elle a été capable de dégrader presque entièrement 51 produits différents en PET non traité en l’espace d’une semaine, et dans certaines expériences, elle a dégradé les plastiques en 24 heures seulement. Les scientifiques ont également fait la démonstration d’un processus de recyclage du PET en boucle fermée, dans lequel la FAST-PETase était utilisée pour décomposer les plastiques, puis les monomères récupérés étaient utilisés pour reconstruire chimiquement le matériau.
Selon Hal Alper, auteur de l’étude :
Lorsqu’on envisage des applications de nettoyage de l’environnement, il faut une enzyme qui puisse fonctionner dans l’environnement à température ambiante. C’est pour répondre à cette exigence que notre technologie présente un avantage considérable pour l’avenir.
Grâce à leur capacité à décomposer rapidement les déchets plastiques recyclés à basse température, les chercheurs pensent avoir mis au point une technique portable, abordable et capable d’être adoptée à l’échelle industrielle. Ils ont déposé un brevet pour cette technologie et espèrent qu’elle sera utilisée dans les décharges et les zones polluées.
Toujours selon Alper :
Les possibilités de tirer parti de ce processus de recyclage de pointe sont infinies dans toutes les industries. Au-delà de l’industrie évidente de la gestion des déchets, cela donne également aux entreprises de tous les secteurs la possibilité de prendre l’initiative de recycler leurs produits. Grâce à ces approches enzymatiques plus durables, nous pouvons commencer à envisager une véritable économie circulaire des plastiques.
L’étude publiée dans Nature : Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization et présentée sur le site de Université du Texas : Plastic-eating Enzyme Could Eliminate Billions of Tons of Landfill Waste.