L’approche chimico-biologique de conversion du polyéthylène utilise un champignon du sol de tous les jours appelé Aspergillus nidulans qui a été génétiquement modifié. Les résultats ont été rapportés récemment dans l’article « Conversion of Polyethylenes into Fungal Secondary Metabolites » publié dans chimie appliquéeun journal de la Société allemande de chimie.

« Ce que nous avons fait dans cet article, c’est d’abord digérer les polyéthylènes en utilisant de l’oxygène et certains catalyseurs métalliques – des choses qui ne sont pas particulièrement nocives ou coûteuses – et cela décompose les plastiques en diacides », a déclaré le co-auteur Berl Oakley, Irving S. Johnson Distinguished Professor of Molecular Biology at KU.

Ensuite, de longues chaînes d’atomes de carbone résultant des plastiques décomposés ont été introduites dans des champignons Aspergillus génétiquement modifiés. Les champignons, tels que conçus, les ont métabolisés en une gamme de composés pharmacologiquement actifs, y compris des rendements commercialement viables d’asperbenzaldéhyde, de citréoviridine et de mutiline.

Contrairement aux approches précédentes, Oakley a déclaré que les champignons digèrent rapidement les produits en plastique, comme les « fast food ».

« Ce qui est différent dans cette approche, c’est qu’il y a deux choses – c’est chimique et c’est fongique », a-t-il déclaré. « Mais c’est aussi relativement rapide. Avec beaucoup de ces tentatives, le champignon peut digérer le matériau, mais cela prend des mois parce que les plastiques sont si difficiles à décomposer. Mais cela décompose rapidement les plastiques. En une semaine, vous pouvez avoir le produit final. »

Le chercheur de KU a ajouté que la nouvelle approche était « bizarrement » efficace.

« Sur la masse de diacides qui entre dans la culture, 42% revient comme composé final », a-t-il déclaré. « Si notre technique était une voiture, elle ferait 200 miles par heure, obtiendrait 60 miles par gallon et fonctionnerait avec de l’huile de cuisson récupérée. »

Auparavant, Oakley a travaillé avec l’auteur correspondant Clay Wang de l’Université de Californie du Sud pour produire une centaine de métabolites secondaires de champignons à diverses fins.

« Il s’avère que les champignons fabriquent beaucoup de composés chimiques, et ils sont utiles au champignon en ce sens qu’ils inhibent la croissance d’autres organismes – la pénicilline en est l’exemple canonique », a déclaré Oakley. « Ces composés ne sont pas nécessaires à la croissance de l’organisme, mais ils aident à le protéger ou à rivaliser avec d’autres organismes. »

Pendant un certain temps, les scientifiques ont pensé qu’ils avaient pleinement exploité le potentiel des champignons pour produire ces composés. Mais Oakley a déclaré que l’ère du séquençage du génome a ouvert de nouvelles possibilités d’utilisation de métabolites secondaires au profit de l’humanité et de l’environnement.

« On s’est rendu compte qu’il y avait beaucoup, beaucoup de grappes de gènes qui fabriquaient des métabolites secondaires que personne n’avait découverts – et il existe des millions d’espèces de champignons », a déclaré Oakley. « De nombreuses entreprises ont fait du bon travail au fil des ans, mais c’était très incomplet, car elles ne faisaient que cultiver des choses dans l’incubateur et les examinaient pour la production de nouveaux composés – mais 95 % des grappes de gènes étaient simplement silencieuses depuis ils ne sont pas « allumés » jusqu’à ce qu’ils soient nécessaires. Ils ne faisaient rien. Il y a donc beaucoup plus de choses à découvrir. »

Le laboratoire d’Oakley à KU a perfectionné les procédures de ciblage génétique pour modifier l’expression des gènes dans Aspergillus nidulans et d’autres champignons, produisant de nouveaux composés.

« Nous avons maintenant séquencé les génomes d’un tas de champignons, et nous pouvons reconnaître les signatures de groupes de gènes qui fabriquent des composés chimiques », a-t-il déclaré. « Nous pouvons modifier l’expression des gènes, nous pouvons les supprimer du génome, nous pouvons leur faire toutes sortes de choses. du moins en principe, pour activer certains de ces clusters. »

Les co-auteurs d’Oakley et de Wang étaient Chris Rabot, Yuhao Chen, Swati Bijlani, Yi-Ming Chiang et Travis Williams d’USC, et Elizabeth Oakley de KU.

Les chercheurs se sont concentrés sur le développement de métabolites secondaires pour digérer les plastiques polyéthylène car ces plastiques sont si difficiles à recycler. Pour ce projet, ils ont récolté des polyéthylènes de l’océan Pacifique qui s’étaient accumulés dans le port de Catalina sur l’île de Santa Catalina, en Californie.

« Il y a eu de nombreuses tentatives pour recycler le plastique, et une partie est recyclée », a déclaré Oakley. « Une grande partie est essentiellement fondue et transformée en tissu et entre dans divers autres objets en plastique. Les polyéthylènes ne sont pas tellement recyclés, même s’ils sont un plastique majeur. »

L’enquêteur de la KU a déclaré que l’objectif à long terme de la recherche est de développer des procédures pour décomposer tous les plastiques en produits pouvant être utilisés comme aliments par les champignons, éliminant ainsi le besoin de les trier lors du recyclage. Il a ajouté que le travail est emblématique du thème de recherche Terre, Énergie + Environnement de KU, axé sur « une meilleure compréhension pour aider à maintenir la vie de notre planète et de ses habitants ».

« Je pense que tout le monde sait que les plastiques sont un problème », a déclaré Oakley. « Ils s’accumulent dans notre environnement. Il y a une grande zone dans le Pacifique Nord où ils ont tendance à s’accumuler. Mais vous voyez aussi des sacs en plastique qui soufflent – ils sont dans les rivières et coincés dans les arbres. ont même appris à tapisser leur nid de sacs en plastique. Une chose qui est nécessaire est de se débarrasser économiquement du plastique, et si l’on peut en faire quelque chose d’utile à un prix raisonnable, cela le rend plus économiquement viable.