Des scientifiques de l’université de Californie, à Riverside, ont identifié deux espèces de bactéries capables de dégrader un groupe de polluants tenaces, connus sous le nom de « forever chemicals » ou PFAS. Ces bactéries naturelles peuvent briser les liaisons chimiques de ces polluants, les rendant inoffensifs et offrant une approche biologique rentable pour nettoyer les contaminants industriels.
Des chercheurs ont récemment découvert deux bactéries naturelles capables de décomposer les « produits chimiques éternels » chlorés, également connus sous le nom de PFAS.
Des scientifiques spécialisés en génie chimique et environnemental de l’Université de Californie à Riverside ont découvert dans le sol deux types de bactéries capables de décomposer une classe de « produits chimiques éternels » tenaces, ce qui laisse espérer une dépollution biologique peu coûteuse des polluants industriels.
Le professeur adjoint Yujie Men et son équipe du Bourns College of Engineering ont découvert que ces bactéries sont capables d’éradiquer un sous-groupe spécifique de substances per- et poly-fluoroalkyles, connues sous le nom de PFAS, en particulier celles qui contiennent un ou plusieurs atomes de chlore dans leur structure chimique. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue scientifique Nature Water.
Les substances chimiques dangereuses pour la santé persistent dans l’environnement pendant des décennies, voire beaucoup plus longtemps, en raison de leurs liaisons carbone-fluor exceptionnellement fortes. Fait remarquable, l’équipe de l’UCR a constaté que les bactéries coupent les liaisons chlore-carbone du polluant, ce qui déclenche une chaîne de réactions qui détruisent les structures chimiques éternelles, les rendant inoffensives.
Université de Californie, Riverside, Yulie Men, professeur adjoint, et Josen Jin, étudiant diplômé. Crédit : photo UCR par Sizhuo Zhang
« Ce que nous avons découvert, c’est que les bactéries peuvent d’abord rompre la liaison carbone-chlore, ce qui génère des intermédiaires instables », explique Yulie Men. « Ces intermédiaires instables subissent ensuite une défluoration spontanée, c’est-à-dire le clivage de la liaison carbone-fluor.
Les PFAS chlorés constituent un groupe important de la famille chimique forever, qui compte des milliers de composés. Ils comprennent une variété de fluides hydrauliques ininflammables utilisés dans l’industrie et des composés utilisés pour fabriquer des films chimiquement stables qui servent de barrières contre l’humidité dans diverses applications industrielles, d’emballage et électroniques.
Les deux espèces de bactéries – Desulfovibrio aminophilus et Sporomusa sphaeroides – identifiées par le groupe de Men sont d’origine naturelle et sont connues pour vivre dans les microbiomes souterrains où les eaux souterraines peuvent être contaminées par des PFAS. Pour accélérer le nettoyage, un nutriment peu coûteux, tel que le méthanol, pourrait être injecté dans les eaux souterraines afin de favoriser la croissance bactérienne. Cela augmenterait considérablement la présence des bactéries qui détruiraient les polluants plus efficacement, a déclaré M. Men. Si les bactéries ne sont pas déjà présentes, l’eau contaminée pourrait être inoculée avec l’une des espèces de bactéries.
Image conceptuelle du processus de nettoyage biologique. Crédit : graphique de l’UCR par Evan Fields
Men est l’auteur correspondant de l’article et Bosen Jin, étudiant diplômé en génie chimique et environnemental à l’UCR, en est l’auteur principal. Les autres coauteurs de l’UCR sont le postdoc Jinyu Gao, l’ancien postdoc Huaqing Liu, les anciens étudiants diplômés Shun Che et Yaochun Yu, et le professeur associé Jinyong Liu.
L’étude s’appuie sur des travaux antérieurs de Men, dans lesquels elle a démontré que les microbes peuvent décomposer une classe tenace de PFAS appelés acides carboxyliques fluorés.
Les microbes sont utilisés depuis longtemps pour le nettoyage biologique des marées noires et d’autres polluants industriels, y compris le solvant industriel trichloréthylène ou TCE, que Men a étudié.
Mais les connaissances sur l’utilisation des micro-organismes pour nettoyer les PFAS n’en sont qu’à leurs balbutiements, selon Men. Sa découverte est très prometteuse car les traitements biologiques, si des microbes mangeurs de polluants efficaces sont disponibles, sont généralement moins coûteux et plus respectueux de l’environnement que les traitements chimiques. Les microbes mangeurs de polluants peuvent également être injectés dans des endroits souterrains difficiles d’accès.
La dernière étude de Men sur les PFAS intervient alors que l’Agence américaine de protection de l’environnement promulgue de nouvelles réglementations visant à stimuler l’assainissement des sites d’eaux souterraines contaminées par les PFAS dans tout le pays, car ces produits chimiques ont été associés à une série d’effets néfastes sur la santé, notamment le cancer, les maladies rénales et les perturbations hormonales.
Référence : « Substantial defluorination of polychlorofluorocarboxylic acids triggered by anaerobic microbial hydrolytic dechlorination » par Bosen Jin, Huaqing Liu, Shun Che, Jinyu Gao, Yaochun Yu, Jinyong Liu et Yujie Men, 15 mai 2023, Nature Water.
DOI: 10.1038/s44221-023-00077-6
L’étude a été financée par des subventions du programme stratégique de recherche et de développement en matière d’environnement du ministère américain de la défense et de l’Institut national des sciences de la santé environnementale.