Concevoir des enzymes pour aider à résoudre le problème du plastique de la planète

Pour illustrer l’utilité de leur plate-forme, ils ont conçu une enzyme capable de dégrader avec succès le poly(éthylène) téréphtalate (PET), le plastique couramment utilisé dans les bouteilles en plastique.

Ces dernières années, le recyclage enzymatique des plastiques est apparu comme une stratégie attrayante et respectueuse de l’environnement pour aider à atténuer les problèmes liés aux déchets plastiques. Bien qu’il existe un certain nombre de méthodes de recyclage des plastiques, les enzymes pourraient potentiellement offrir une alternative plus rentable et économe en énergie. En outre, ils pourraient être utilisés pour décomposer sélectivement des composants spécifiques de flux de déchets plastiques mixtes qui sont actuellement difficiles à recycler à l’aide des technologies existantes.

Bien que prometteuse en tant que technologie, des obstacles considérables doivent être surmontés pour que le recyclage enzymatique du plastique soit largement utilisé à l’échelle commerciale. Un défi, par exemple, est que les enzymes naturelles capables de décomposer les plastiques sont généralement moins efficaces et sont instables dans les conditions nécessaires à un processus à l’échelle industrielle.

Pour remédier à ces limites, dans un article publié aujourd’hui dans Catalyse Nature, Des chercheurs de l’Université de Manchester ont présenté une nouvelle plate-forme d’ingénierie enzymatique capable d’améliorer rapidement les propriétés des enzymes de dégradation du plastique pour les rendre plus adaptées au recyclage du plastique à grande échelle. Leur plate-forme intégrée et automatisée peut évaluer avec succès la capacité de dégradation du plastique d’environ 1000 variantes d’enzymes par jour.

Le Dr Elizabeth Bell, qui a dirigé les travaux expérimentaux au MIB, dit de la plate-forme ; “L’accumulation de plastique dans l’environnement est un défi mondial majeur. Pour cette raison, nous souhaitions utiliser nos capacités d’évolution enzymatique pour améliorer les propriétés des enzymes de dégradation du plastique afin d’aider à atténuer certains de ces problèmes. Nous espérons qu’à l’avenir notre plate-forme évolutive nous permettra de développer rapidement de nouvelles enzymes spécifiques adaptées à une utilisation dans les processus de recyclage du plastique à grande échelle.”

Pour tester leur plate-forme, ils ont ensuite développé une nouvelle enzyme, HotPETase, via l’évolution dirigée de l’IsPETase. IsPETase est une enzyme récemment découverte produite par la bactérie Ideonella sakaiensis, qui peut utiliser le PET comme source de carbone et d’énergie.

Bien que l’IsPETase ait la capacité naturelle de dégrader certaines formes semi-cristallines de PET, l’enzyme est instable à des températures supérieures à 40°C, bien en deçà des conditions de traitement souhaitables. Cette faible stabilité signifie que les réactions doivent être effectuées à des températures inférieures à la température de transition vitreuse du PET (~ 65 ° C), ce qui conduit à de faibles taux de dépolymérisation.

Pour remédier à cette limitation, l’équipe a développé une enzyme thermostable, HotPETase, qui est active à 70°C, ce qui est au-dessus de la température de transition vitreuse du PET. Cette enzyme peut dépolymériser le PET semi-cristallin plus rapidement que les enzymes rapportées précédemment et peut déconstruire sélectivement le composant PET d’un matériau d’emballage laminé, mettant en évidence la sélectivité qui peut être obtenue par recyclage enzymatique.

Le professeur Anthony Green, chargé de cours en chimie organique, a déclaré : « Le développement de HotPETase illustre bien les capacités de notre plateforme d’ingénierie enzymatique. Nous sommes maintenant ravis de travailler avec des ingénieurs de procédés et des scientifiques des polymères pour tester notre enzyme dans des applications réelles. nous espérons que notre plate-forme s’avérera utile pour développer des enzymes plus efficaces, stables et sélectives pour recycler une large gamme de matières plastiques. »

Le développement d’enzymes de dégradation du plastique robustes telles que HotPETase, ainsi que la disponibilité d’une plate-forme d’ingénierie enzymatique polyvalente, apportent des contributions importantes au développement d’une solution biotechnologique au défi des déchets plastiques. Pour faire avancer cette technologie prometteuse, il faudra désormais un effort collaboratif et multidisciplinaire impliquant des biotechnologistes, des ingénieurs de procédés et des scientifiques des polymères de toutes les communautés universitaires et industrielles. Alors que le monde est confronté à un problème de déchets de plus en plus important, la biotechnologie pourrait fournir une solution écologiquement durable.