Les chercheurs identifient des microbes et des gènes potentiels qui ont un impact permanent sur les produits chimiques

Une nouvelle étude identifie les microbes qui jouent potentiellement un rôle important dans la décomposition des substances chimiques nocives per- et polyfluoroalkyles (PFAS) – également connues sous le nom de produits chimiques éternels – et identifie les gènes fonctionnels qui peuvent être impliqués dans la transformation biologique de ces composés.

Bien que l’on sache que les micro-organismes facilitent la transformation des PFAS, les principaux micro-organismes et gènes responsables de ces processus restent largement inconnus.

L'article publié dans le Sciences et technologies environnementales La revue est pionnière dans l'utilisation d'outils bioinformatiques traditionnellement utilisés dans les domaines médicaux et les applique pour la première fois à l'étude de la biotransformation des PFAS.

“Les objectifs sont d'aider d'autres chercheurs à comprendre quels microbes peuvent avoir un impact sur le sort des PFAS dans l'environnement et à développer des technologies de transformation microbienne pour traiter ces contaminants comme nous le faisons avec d'autres contaminants”, a déclaré Natalie Cápiro, professeure adjointe au Département de génie biologique et environnemental de l'Université de Californie. Collège d’agriculture et des sciences de la vie et auteur principal de l’étude.

“Le traitement biologique des contaminants ne nécessite pas beaucoup d'infrastructures, il est plus économique et peut être appliqué dans des endroits difficiles d'accès”, a déclaré Cápiro. Il est préférable de l'utiliser dans des domaines qui ne seront pas développés de sitôt, car les microbes sont lents par rapport aux méthodes physico-chimiques, a-t-elle expliqué.

“L'étude fournit des indices aux prochains scientifiques travaillant dans le domaine de la biotransformation des PFAS, pour les aider à mieux comprendre ce qu'ils tentent de cibler”, a déclaré Sheng Dong, chercheur postdoctoral au laboratoire de Cápiro et auteur principal de l'article.

D'autres chercheurs menant des travaux expérimentaux pourraient désormais utiliser ces informations pour vérifier que certains de ces gènes sont associés à ces voies de transformation, a déclaré Dong.

Les scientifiques ont déjà documenté des communautés microbiennes environnementales capables de transformer les produits chimiques PFAS fabriqués par l’homme, présents dans les emballages alimentaires, les vêtements résistants à l’eau, les ustensiles de cuisine antiadhésifs et les mousses qui éteignent les incendies liés aux carburants.

Une fois qu’ils pénètrent dans l’environnement, y compris dans l’eau, ils se bioaccumulent dans les organismes et remontent la chaîne alimentaire en concentrations croissantes. Ils ont été associés à une baisse de la fertilité, à des problèmes de développement chez les enfants, à un taux de cholestérol élevé et à divers cancers.

Actuellement, les produits chimiques permanents peuvent être éliminés de l’eau à l’aide de filtres à charbon actif et d’autres techniques de traitement de séquestration. Dans les sols, les technologies actuelles incluent des méthodes physiques telles que la thermique à haute température et l'excavation pour éliminer ces composés de l'environnement. Certains microbes peuvent briser les liaisons carbone-fluor extrêmement fortes trouvées dans les produits chimiques PFAS, ce qui peut ensuite transformer les composés.

“Ces composés sont fabriqués par l'homme et leurs analogues dans la nature ne sont pas aussi répandus et n'ont pas la même complexité”, a déclaré Cápiro.

Les gens ont commencé à utiliser des produits chimiques PFAS il y a moins de 100 ans. Depuis lors, l’exposition aux produits chimiques a peut-être donné aux microbes la possibilité de s’adapter et de développer des voies pour les transformer.

Dans l’étude, les chercheurs ont collecté des échantillons de sol provenant de sites contaminés où les communautés microbiennes ont été exposées aux composés pendant de nombreuses décennies.

Premièrement, Dong et ses collègues ont utilisé des méthodes d’analyse de réseau basées sur l’abondance relative des membres de la communauté microbienne dans les échantillons, où la biotransformation des PFAS a été observée, pour déterminer les relations entre les micro-organismes.

“Nous pensons que les microbes travaillent en équipe, il n'y en a pas qu'une seule”, a déclaré Dong. “Nous avons recherché des modèles et si certains microbes étaient toujours présents.” Ils ont également pris en compte des sols distincts collectés dans différents emplacements géographiques et la présence de divers composés PFAS.

Dans une deuxième partie de l’étude, les chercheurs ont utilisé un outil de prédiction du métagénome, basé sur le séquençage de gènes marqueurs, pour explorer les gènes fonctionnels potentiels (et les enzymes qu’ils expriment) qui contribuent à la biotransformation des PFAS. Le séquençage des gènes marqueurs cible une petite partie du génome unique à chaque groupe taxonomique microbien, et Dong et ses collègues ont ensuite appliqué des approches bioinformatiques pour prédire le reste du génome.

Les co-auteurs incluent Peng-Fei Yan, chercheur postdoctoral au laboratoire de Cápiro.