Communautés fongiques associées aux déchets plastiques marins et évaluation de leur potentiel en bioremédiation – MycoPLAST

Les objectifs seront atteints (i) en fournissant des informations détaillées sur l’identité et la pertinence environnementale des champignons associés à une grande variété d’échantillons de plastique (extraits de différents habitats aquatiques) par une approche de métabarcoding, (ii) en établissant une collection exhaustive d’isolats et en déterminant leur capacité à dégrader efficacement les polymères plastiques, et (iii) en optimisant le rendement d’utilisation / dégradation par le biais de consortiums microbiens, l’utilisation de tensioactifs (biosurfactants) et par des approches d’adaptation forcée par cultures itératives.

WP1 (Sample collection and processing). Ce WP visait à générer une collection représentative d’échantillons de déchets plastiques issus d’une diversité d’environnements. Outre les échantillons issus de la campagne océanographique « Tara Microplastics 2019 » qui sont en cours d’analyse, de nombreux échantillons de plastiques issus d’expériences d’immersion en milieu marin ont été obtenus : (i) PVC (PolyVinyl Chloride) immergés en baie de Toulon, à Banyuls-sur-Mer, à Lorient et à La Réunion, en collaboration avec l’Université de Toulon (ii) PE (PolyEthylène) et PP (PolyPropylène) immergés en rade de Brest, en collaboration avec l’Institut Universitaire Européen de la Mer, (iii) PS (PolyStyrène) immergés dans la Marina du port de Brest, en collaboration avec le Cèdre (Centre de Documentation, de Recherche et d’Expérimentations sur les Pollutions Accidentelles des Eaux) et (iv) PE, PCL (PolyCaproLactone) et PHBV (PolyHydroxyButyrateValerate) immergés dans le port de Banyuls, en collaboration avec l’Observatoire Océanologique de Banyuls-sur-Mer. A ce jour, près de 270 échantillons ont été collectés. Ces résultats seront comparés entre eux mais également aux données présentes dans différentes études antérieures (Kettner et al. 2017, Lacerda et al. 2020) dans l’optique de procéder à une méta-analyse et ainsi conforter nos conclusions.

WP2 (Illumina iTag profiling of fungal and bacterial communities). Ce WP visait à caractériser la diversité microbienne par approche de métagénétique via le séquençage de marqueurs génétiques (18S, ITS et 16S). A l’exception des échantillons de PS immergés dans la Marina du port de Brest (expérimentation réalisée en Juillet-Aout 2021), les extractions d’ADN, l’amplification et le séquençage de marqueurs génétiques ont été réalisés. Les analyses d’écologie microbienne ont permis de mettre en évidence les premières tendances, à savoir (i) une diversité fongique plus complexe sur les échantillons d’eau de mer par rapport aux échantillons de plastiques, ce qui tend à montrer une forme de sélection des communautés fongiques sur échantillons de plastiques et donc d’étendre aux champignons le concept de Plastisphère, largement démontré pour les bactéries et (ii) une spécificité des communautés fongiques en fonction du type de polymère, suggérant un potentiel de colonisation différent en fonction du type de polymère plastique.

WP3 (Isolation and identification of fungi and bacteria using high-throughput culturing). Ce WP vise à générer une collection représentative d’isolats fongiques à partir d’échantillons de déchets plastiques. Par des approches couplant la culture à haut-débit à des approches classiques, une collection de 250 isolats fongiques a été établie à ce jour (sachant que seule la moitié de la collection de plastiques a été analysée à ce jour, par approche culturale). Ces 250 isolats, purifiés et préservés en collection, seront par la suite identifiés et criblés pour leur capacité de dégradation (WP4).

WP4 (Test of biodegradation abilities). Ce WP visant à mettre en évidence des capacités de dégradation n’a pas encore été initié. Néanmoins, l’approche culturale mise en place dans le cadre du WP3 (milieux de culture enrichis en polymères) a d’ores et déjà mis en évidence des indices de dégradation.

Chapitre d'ouvrage:

Burgaud G, Edgcomb VP, Hassett BT, Li W, Mara P, Philippe A, et al. Marine Fungi. In : The Marine Microbiome vol.2 (Springer, 2021). In press

Actions de diffusion:

Nuit Européenne des Chercheurs, Septembre 2021 (Brest). « Voyage 0 plastique ». (Burgaud G et Philippe A)

Séminaire scientifique organisé par les étudiants de l’IMT de Brest. Intervention autour de la campagne Tara Microplastics 2019 et discussions autour de la thématique des plastiques. Burgaud G. Janvier 2020 (Brest).

Les déchets plastique envahissent nos océans et nos écosystèmes d'eau douce à un taux d'accumulation croissant. Bien qu’il soit essentiel d’identifier et de maîtriser les principales sources de plastiques, il est également essentiel de générer des connaissances sur le microbiome associé aux plastiques afin de caractériser l’ensemble des communautés microbiennes présentes. L’objectif principal de MycoPLAST est donc de s’attaquer à la problématique du devenir des déchets plastiques qui apparaît particulièrement pertinente dans le cadre du CES 04 « Innovations scientifiques et technologiques au service de la transition écologique », en mettant en avant des communautés microbiennes spécifiques capables de dégrader les plastiques. Le projet MycoPLAST est particulièrement en phase avec les mots clés associés au CES : "bioremédiation", "ingénierie écologique", "traitement des polluants", "traitement des déchets" et "pollution des eaux".

Ces dernières années, de nombreuses études ont attestées de la présence et de l'activité de communautés fongiques dans différents habitats aquatiques. De nombreuses études ont prouvé l'existence de champignons marins et lacustres métaboliquement actifs, mais on ignore encore dans quelle mesure ces communautés contribuent aux grands cycles biogéochimiques, y compris en termes d’utilisation de polluants et de contaminants xénobiotiques. Les objectifs majeurs de ce projet sont d'évaluer la diversité, l'activité et la répartition des champignons associés aux échantillons de déchets plastiques et d'évaluer, voire d’améliorer, leur capacité de dégradation de polymères plastiques complexes. Ceci sera réalisé (i) en fournissant des informations détaillées sur l’identité et la pertinence environnementale des champignons associés à une grande variété d’échantillons de plastique (extraits de différents habitats aquatiques) par une approche de métabarcoding, (ii) en établissant une collection exhaustive d’isolats et en déterminant leur capacité à dégrader efficacement les polymères plastiques, et (iii) en optimisant le rendement d’utilisation / dégradation par le biais de consortiums microbiens, l’utilisation de tensioactifs (biosurfactants) et par des approches d’adaptation forcée par cultures itératives.

Notre hypothèse principale est que les communautés fongiques représentent une composante microbienne négligée et inexploitée associée aux déchets plastiques et qu'une meilleure connaissance de leur diversité, de leur activité, de leurs fonctions et l'exploration de leur capacité potentielle à dégrader des plastiques complexes pourraient conduire à des applications concrètes en biorémédiation dans le contexte actuel de menace mondiale pour la planète et sa biosphère.

Il convient de noter qu'en plus de l'accès à une vaste collection d'échantillons de plastique de différents sites maritimes préalablement établie, le projet tirera parti d'une expédition financée par la fondation Tara et qui débutera en mai 2019 pour un « Tour de l'Europe ». Au cours de cette expédition, ayant pour thème la recherche océanique et la préservation de l'océan face à la pollution plastique, des échantillons de plastique « frais » (méso, micro et nano-plastiques) seront collectés et seront également accessibles au projet MycoPLAST.

Les études limitées mais néanmoins encourageantes sur ces micro-organismes spécifiques soulignent clairement l’intérêt de ce sujet de recherche. Le projet MycoPLAST apparaît très original et mènera certainement à des percées scientifiques pouvant constituer un premier pas vers des approches normalisées de bioremédiation afin de réduire la pollution plastique via la stimulation de dégradateurs microbiens spécifiques.