Petits, mais costauds: les microbes peuvent-ils sauver la planète?

Invisibles à l’œil nu, les microbes sont les formes de vie les plus anciennes et les plus variées de la Terre. Les bactéries, les virus, les champignons et les algues ont évolué pendant des milliards d’années, développant un ensemble de caractéristiques et de fonctions cruciales pour le cycle de la vie. Dans le cadre de découvertes telles que le vaccin contre la variole et la pénicilline, ils ont contribué à révolutionner la médecine et à sauver d’innombrables vies.

Ces dernières années, les progrès en microbiologie ont élargi davantage les applications des microbes: amélioration des rendements des cultures, lutte contre le changement climatique ou encore recyclage, pour ne citer qu’eux.

Les microbes jouent un rôle majeur dans les cycles biologiques globaux, en particulier dans la circulation et la distribution du carbone et d’autres gaz à effet de serre. D’un côté, ils peuvent être une source d’émissions. Lors de la décomposition, les bactéries désagrègent en effet la matière organique à travers la respiration et elles libèrent du carbone en tant que sous-produit. Les algues poussent rapidement dans les eaux polluées où elles créent des «zones mortes» en réduisant le niveau d’oxygène et en rendant l’environnement inhospitalier pour d’autres organismes.

Mais de l’autre côté, les organismes microbiens peuvent bloquer les gaz qui réchauffent la planète. Les microbes présents dans les sols séquestrent le carbone libéré lors de la décomposition de la matière organique; par conséquent, les sols du monde contiennent deux à trois fois plus de carbone que l’atmosphère. Ce processus est toutefois menacé par l’agriculture industrielle. Les activités agricoles telles que le labour et le travail du sol perturbent la séquestration et relâchent le carbone dans l’atmosphère. Suite à l’intensification de l’agriculture au cours du siècle dernier, les sols capturent 30 à 60% de carbone en moins qu’avant. Les microbes peuvent aider à inverser cette tendance.

Les scientifiques de Loam Bio, une entreprise de biotechnologie microbienne, ont identifié une catégorie spécifique de microbes fongiques qui ont le potentiel d’améliorer les propriétés de séquestration du sol. Les champignons forment de vastes connexions souterraines (réseaux mycéliens) avec les racines végétales, et ce depuis plus de 400 millions d’années. Celles-ci leur permettent d’interagir avec de grands volumes de sol à travers le réseau racinaire. «Nous avons sélectionné les champignons en raison de leurs relations symbiotiques avec les plantes, de leur capacité à améliorer la structure du sol et de leur résilience dans diverses conditions environnementales», explique Dr Robbie Oppenheimer, directeur des produits chez Loam Bio.

Loam Bio utilise ces micro-organismes fongiques pour développer ses produits de traitement des semences, conçus pour aider les plantes à séquestrer le dioxyde de carbone. Une fois ajoutés au sol, ils établissent des relations symbiotiques avec les racines des plantes pour améliorer la séquestration, la rétention des nutriments et la productivité agricole.

«Nous effectuons des tests approfondis, y compris des expériences rigoureuses en laboratoire et des essais sur le terrain, pour nous assurer que notre produit améliore les résultats agronomiques pour les agriculteurs», explique Dr Oppenheimer.

«Nos recherches ont permis d’obtenir de nouvelles informations sur le potentiel des microbes du sol pour améliorer la santé du terrain et agir comme un puits important de carbone stable dans le sol, ce qui permet de penser que les solutions microbiennes complèteront d’autres stratégies d’atténuation des effets du changement climatique.»

Lutter contre les déchets plastiques

En effet, les microbes offrent une multitude d’autres avantages pour l’environnement. Ils peuvent améliorer la fertilité des sols, réduire le besoin d’engrais synthétiques, de fongicides et d’insecticides et renforcer la résilience des cultures face aux facteurs de stress environnementaux. Certaines espèces microbiennes peuvent contribuer à la biodépollution, autrement dit à l’élimination des polluants, des toxines et d’autres contaminants présents dans le sol et l’eau. Les microbes jouent également un rôle important dans la gestion des déchets alimentaires grâce au compostage: les bactéries décomposent les aliments et les débris biodégradables en fertilisants riches en nutriments. Elles permettent ainsi de réduire les déchets et de produire quelque chose d’utile. Les scientifiques cherchent à appliquer ce principe à l’un des polluants les plus répandus dans le monde: le plastique.

Le plastique est une plaie pour l’environnement car il ne se biodégrade pas. Il se décompose en morceaux de plus en plus petits sous l’effet de la lumière du soleil, de l’oxydation ou de la friction. Mais ces microplastiques– et finalement les nanoplastiques– restent dans l’environnement, ils contaminent l’eau et le sol et font du mal aux animaux. Les scientifiques développent de nouveaux procédés microbiologiques visant à résoudre ce problème.

Les plastiques sont composés de polymères, de longues chaînes d’unités moléculaires répétitives appelées monomères. Dr Joanna Sadler et ses collègues de l’université d’Édimbourg ont reconnu que ces polymères, une fois décomposés, pouvaient être transformés en produits ayant une meilleure valeur ajoutée grâce à l’action de bactéries génétiquement modifiées.

«Notre objectif est à la fois de pérenniser l’industrie du plastique et de trouver une solution aux aspects les plus inquiétants des déchets plastiques actuels», explique Dr Sadler. Leur approche innovante consiste à introduire le carbone provenant du plastique dans les processus métaboliques d’une cellule. En manipulant le génome de la cellule, ils parviennent à ce que le carbone produisent des substances complètement différentes. À l’heure actuelle, ils ont transformé des molécules de PET en vanilline, la molécule responsable de l’odeur et du goût de la vanille et utilisée dans la fabrication de parfums.

«Cette approche nous permet de considérer le plastique comme une matière première potentielle pour l’économie verte, ce qui représente un changement de paradigme dans notre façon de penser ce type de déchets», explique Dr Sadler. «Nous avons déjà prouvé qu’il pouvait être utilisé pour fabriquer de la vanilline, et des recherches menées dans le monde entier montrent que le plastique peut être transformé en divers produits intéressants et pertinents sur le plan commercial. C’est un avantage synergique.»

D’autres utilisations des bactéries peuvent être découvertes grâce à l’ingénierie génétique, que ce soit par le biais de modifications mineures ou plus conséquentes. Dr Sadler note que les changements incrémentaux donnent souvent de meilleurs résultats. «Tout dépend de ce que vous demandez aux bactéries; si les modifications sont proches du matériau de départ, c’est généralement simple», explique-t-elle. «Mais si vous ajoutez de grands clusters de gènes synthétiques, cela peut compromettre la viabilité et le taux de croissance des bactéries.»

Ces avancées en biotechnologie démontrent non seulement l’adaptabilité remarquable de la vie microbienne, mais soulignent également le potentiel des solutions inspirées de la nature pour relever le défi urgent de la dégradation de notre environnement.