Dégradation et assimilation du polyéthylène par la levure marine Rhodotorula mucilaginosa

ISME Communications volume 3, Numéro d'article : 68 (2023) Citer cet article

2518 Accès

43 Altmétrique

Détails des métriques

La pollution plastique des océans constitue un grave problème environnemental, mais la majeure partie du plastique rejeté dans l’océan depuis les années 1950 est introuvable. Bien que la dégradation fongique des plastiques marins ait été suggérée comme un mécanisme potentiel de puits, les preuves sans ambiguïté de la dégradation du plastique par des champignons marins ou d’autres microbes sont rares. Ici, nous avons appliqué des tests de traçage d'isotopes stables avec du polyéthylène marqué au 13C pour mesurer les taux de biodégradation et suivre l'incorporation de carbone dérivé du plastique dans des cellules individuelles de la levure Rhodotorula mucilaginosa, que nous avons isolée du milieu marin. L'accumulation de 13C dans le pool de CO2 au cours d'expériences d'incubation de 5 jours avec R. mucilaginosa et du polyéthylène marqué au 13C irradié aux UV comme seule source d'énergie et de carbone s'est traduite par des taux de dégradation de 3,8 % an-1 du substrat initialement ajouté. De plus, les mesures nanoSIMS ont révélé une incorporation substantielle de carbone dérivé du polyéthylène dans la biomasse fongique. Nos résultats démontrent le potentiel de R. mucilaginosa à minéraliser et à assimiler le carbone des plastiques et suggèrent que la dégradation fongique du plastique pourrait constituer un puits important pour les déchets de polyéthylène dans le milieu marin.

La pollution plastique des océans est un problème environnemental dont l’ampleur augmente de façon exponentielle [1,2,3,4,5,6]. Cependant, des incertitudes existent quant à l'importance des voies individuelles par lesquelles le plastique est transporté de la terre vers l'océan [7,8,9,10,11], sur la quantité de plastique restant dans les zones côtières [12], sur la surface de l'océan [13, 14], la colonne d'eau intermédiaire [15, 16, 17], ou coule jusqu'au fond de l'océan [18, 19]. Les estimations actuelles de la quantité totale de plastique à la surface des océans ne représentent que moins de 1 % de la quantité estimée de tous les plastiques jamais rejetés dans la mer [20, 21]. Ainsi, un mécanisme de puits inconnu élimine apparemment les débris plastiques détectables de la surface de l’océan [2, 21]. Il pourrait s'agir d'un processus abiotique, tel que la fragmentation en particules micro et nanométriques [21] ou la photodégradation, qui déstabilise la structure du polymère [22] et provoque la lixiviation du carbone organique dissous [3, 23,24,25]. De plus, le mécanisme d’élimination peut également être une minéralisation biotique, médiée par des microbes tels que des bactéries, des archées ou des champignons. La dégradation du plastique par les bactéries est bien documentée pour les environnements terrestres et marins. Par exemple, la bactérie terrestre Ideonella sakaiensis hydrolyse le polyéthylène téréphtalate [26,27,28], tandis que la souche C208 de Rhodococcus ruber dégrade le polyéthylène (PE) et le polystyrène (PS) [29,30,31]. De plus, il a été démontré que les espèces marines Bacillus sphericus et Bacillus cereus dégradent le polyéthylène [32]. Contrairement aux bactéries, nos connaissances sur le rôle potentiel de la dégradation du plastique induite par les champignons en sont à leurs balbutiements, en particulier dans le milieu marin. En raison de leurs capacités génétiques et métaboliques, les champignons sont surtout connus pour être les principaux dégradateurs de polymères naturels tels que le bois, les plantes, la cellulose et la lignine. De plus, les champignons sont des dégradateurs efficaces de divers hydrocarbures complexes, notamment les hydrocarbures aromatiques polycycliques [33], le pétrole et les alcanes [34, 35], c'est-à-dire des composés qui, dans une certaine mesure, ressemblent chimiquement au plastique. Les champignons abritent de puissantes machineries enzymatiques comprenant, par exemple, des peroxydases de manganèse, des peroxydases de lignine et des laccases [36, 37, 38], qui ont également été associées à la dégradation du plastique [39, 40]. En ce qui concerne la dégradation du plastique, il a été démontré que plusieurs espèces d’Aspergillus et de Penicillium, isolées des sols et des microbiomes intestinaux, dégradent le polyéthylène (41, 42, 43, 44, 45, 46). Bien que les champignons soient des colonisateurs de plastique courants dans l'océan [47, 48, 49, 50, 51], seules deux espèces, Zalerion maritimum [52] et Alternaria alternata [53], ont été identifiées comme dégradeurs de polyéthylène dans le domaine marin.