Nouvelles découvertes sur l'enzyme qui décompose le plastique PET
Les scientifiques augmentent l'efficacité : Création d'une entreprise en préparation
Le polyéthylène téréphtalate, ou PET, est l'une des matières Plastiques les plus utilisées au monde. Il est omniprésent dans notre vie quotidienne sous la forme de bouteilles de boisson réutilisables en PET. À la fin du cycle de vie d'un produit contenant du PET, la réutilisation écologique des composants du PET grâce à l'activité des enzymes est une alternative économiquement et écologiquement intéressante à l'incinération, à la mise en décharge ou au recyclage purement chimique.
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Une équipe de chercheurs de l'université de Leipzig a découvert le fonctionnement d'une enzyme capable de décomposer le PET et a encore amélioré l'efficacité de ce biocatalyseur. Les scientifiques présentent leurs résultats dans le numéro actuel de la revue Nature Communications.
"Notre précédent article sur la découverte de cette enzyme au cours de l'été 2021 avait déjà fait grand bruit", explique le Dr Christian Sonnendecker, qui a joué un rôle clé dans la première publication. "Ce travail d'équipe exceptionnel est devenu l'article de recherche le plus réussi à ce jour dans la revue ChemSusChem."
Pour comprendre le fonctionnement du biocatalyseur, l'auteur principal, Konstantin Richter, a d'abord utilisé des cristaux pour élucider la structure spatiale de l'enzyme dans sa thèse de doctorat. "D'une certaine manière, nous avons suivi la détermination de la première structure d'une enzyme dégradant le PET", explique le professeur Norbert Sträter, qui dirige les recherches cristallographiques. "C'était il y a presque dix ans, lorsque Wolfgang Zimmermann a créé cette recherche biotechnologique sur les enzymes à Leipzig. À l'époque, personne ou presque ne s'intéressait à cette enzyme".
Pour extraire des structures cristallines statiques les secrets de l'accélération hautement efficace de la réaction de la PHL7, Christian Sonnendecker a fait appel à d'autres experts dans le cadre de ses recherches. Les groupes de travail dirigés par Georg Künze et Christian Wiebeler ont utilisé des simulations informatiques de la dynamique des protéines ainsi que des calculs de chimie quantique pour comprendre le mécanisme de réaction et, en particulier, la contribution des acides aminés individuels à la liaison du polymère PET, et pour concevoir de meilleures enzymes. "Ces prédictions et calculs sont extrêmement utiles pour améliorer rationnellement une enzyme", explique M. Sonnendecker, "mais en fin de compte, c'est bien sûr l'expérience qui décide".
La concordance entre les données expérimentales et les calculs théoriques était considérable. "Nous avons réalisé les modifications proposées pour l'enzyme par génie génétique et nous avons pu augmenter son activité et sa stabilité, ce qui est extrêmement important pour les applications techniques. Une liaison trop forte de l'enzyme au substrat plastique polymère serait contre-productive, explique le biochimiste à propos du mécanisme de glissement proposé, selon lequel un canal de liaison conduit le substrat au centre actif. "Parfois, moins, c'est mieux", déclare M. Sonnendecker.
Lorsqu'on lui demande ce que l'avenir réserve à la recherche, Sonnendecker explique ses projets pour le réseau de recherche interdisciplinaire : "Avec l'expert Jörg Matysik, nous voulons utiliser les nouvelles méthodes de spectroscopie par résonance nucléaire pour étudier la liaison de l'enzyme au substrat polymère. Nos expériences seront ainsi plus proches que jamais des processus réels d'interaction protéine-plastique." Des travaux sont déjà en cours sur la troisième génération de l'enzyme, qui étend la conception rationnelle de l'homme à la prédiction par la machine à l'aide de l'intelligence artificielle. "Pour ce faire, nous disposons de méthodes de criblage entièrement nouvelles, telles que la plate-forme de spectroscopie d'impédance récemment mise au point par Ronny Frank, qui fournit des données d'entraînement de haute qualité à l'intelligence artificielle", explique M. Sonnendecker.
Le chercheur en début de carrière de l'Institut de chimie analytique de l'université de Leipzig voit toutefois l'avenir avant tout dans les bioplastiques, qui sont basés sur des matières premières renouvelables au lieu de matières premières pétrolières et qui sont également plus facilement biodégradables dès le départ. Une entreprise est en train d'être créée pour concrétiser cette vision. "À moyen terme, nous mettons en place une alternative technologique à l'industrie plastique dominée par les fossiles et nous créons un stockage artificiel duCO2 ", explique M. Sonnendecker, qui entrevoit un "avenir vert avec des matières premières d'origine végétale".
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