Une étude conjointe menée sous la direction du Prof. Lihi Adler-Abramovich de l'Ecole de médecine dentaire de l'Université de Tel-Aviv et le Dr. Livnat Afriat-Jurnou de l'Institut de recherche de Galilée (MIGAL) et du Tel Hai College, a conduit au développement d'un procédé innovant pour décomposer les substances polluantes causant des dommages à l'environnement et aux humains, en substances inoffensives, grâce à une combinaison d'enzymes et de bactéries naturelles. Selon les chercheurs, la plateforme peut être adaptée à de nombreux types de substances toxiques et polluantes et contribuera dans l'avenir, à la décontamination des sols et de l'eau, défi majeur du monde moderne.
L'étude, réalisée avec la collaboration des doctorants Yoav Dan et Francesca Netti, de l'Université de Tel-Aviv, du doctorant David Gurevich et du Dr. Ofir Gershoni (MIGAL), a été financée par le ministère de la Science et le ministère de l'agriculture, et publiée dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces.
Un défi complexe
« Les polluants environnementaux, y compris les pesticides, constituent aujourd'hui un problème grave partout dans le monde », explique le Prof. Adler-Abramovitz. Ils polluent les sols et, pire encore, en l'absence de traitement adéquat, peuvent atteindre les terres agricoles, les réservoirs d'eau et les eaux souterraines, et contaminer notre nourriture et nos sources d'eau vitales. Dans cette étude, nous avons cherché à développer une méthode efficace et respectueuse de l'environnement qui décompose les substances polluantes en produits inoffensifs ».
L'équipe de recherche a choisi de se concentrer sur un pesticide appelé paraoxon, sorte de phosphore organique toxique qui atteint le système nerveux et est actuellement utilisé principalement dans les pays en voie de développement. Dans un premier temps, ils ont cherché à utiliser l'enzyme MPH (méthyl parathion hydrolase), appartenant à la famille des enzymes phosphotriestérases étudiées dans le laboratoire du Prof. Afriat-Jurnou, en raison de sa capacité à décomposer l'insecticide avec une très grande efficacité; mais le produit de la dégradation par l'enzyme reste considéré comme une substance toxique. « La décomposition de l'insecticide en substances non toxiques était un défi complexe, nécessitant la combinaison d'enzymes et des bactéries naturels capables de décomposer les sous-produits toxiques », explique le Dr. Afriat-Jurnou.
Les chercheurs expliquent que l'enzyme MPH décompose le pesticide en deux sous-produits, mais l'un d'eux, le PNP (paranitrophénol), est également considéré comme un polluant environnemental, même s'il est moins toxique. Pour décomposer le PNP en produits inoffensifs, ils ont ajouté une bactérie de type Arthrobacter. « Des études antérieures ont montré que ces bactéries vivent dans des sols contaminés par des pesticides et peuvent les décomposer efficacement en substances non toxiques », explique le Dr. Livnat Afriat-Jurnou. « Dans notre étude, les bactéries ont décomposé le PNP resté après la décomposition du paraoxon, et à la fin, tous les produits du processus sont non toxiques et respectueux de l’environnement ».
Des nanocapsules qui prolongeront la durée de conservation des enzymes
« Les enzymes, qui sont des protéines, sont très sensibles à tout changement de leur environnement. Leur durée de conservation est donc souvent courte, ce qui diminue leur capacité d'emploi dans les différentes industries », explique Yoav Dan. « Dans notre étude, nous avons constaté que le MPH stoppe complètement son activité environ 20 jours après sa date de production. Afin d'obtenir un produit plus durable, nous avons développé des nanocapsules peptidiques spécifiques qui prolongent sa durée de conservation et sont constituées d'un matériau biodégradable qui finit par se décomposer dans la nature. Les tests ont montré que dans les capsules, l'enzyme maintient son activité pendant une période relativement longue : environ 50 % de son activité est maintenue même après quatre mois et demi (132 jours) ».
« Nous avons développé un système intégré d'enzymes protégées par des nanostructures permettant leur combinaison avec une culture bactérienne naturelle », conclut le Prof. Adler-Abramovich. « Ce système permet de décomposer un pesticide toxique en produits inoffensifs. Il est important de relever que la nouvelle méthode utilise uniquement des substances naturelles, enzymes, peptides et bactéries, sans matériaux d'ingénierie dont l'impact futur sur l'environnement est inconnu. De plus, notre système est flexible et il est possible d'y incorporer des enzymes et des bactéries aux capacités différentes, capables de décomposer une large gamme de polluants. Nous pensons que notre méthode peut servir de base au développement de produits efficaces et respectueux de l'environnement pour décontaminer l'eau ou les sols pollués, pour le bénéfice de l'environnement, la santé et l'agriculture dans le monde entier ».
Photos :
- De droite à gauche : le Dr. Livnat Afriat-Jurnou, le doctorant Yoav Dan et le Prof. Lihi Adler-Abramovich
- Le processus d'encapsulation des enzymes au sein de nanostructures à base de peptides, et le processus complet de dégradation de la toxine par les enzymes et les bactéries (copyright : Université de Tel-Aviv)
