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Des chercheurs mettent au point des micro-organismes pour traiter la pollution par le plastique PET

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Les chercheurs du NREL et de l’ORNL ont mis au point une méthode de recyclage du polyéthylène téréphtalate en nylon haute performance, précurseur d’autres produits de valeur tels que les vêtements imperméables, les revêtements antiadhésifs pour ustensiles de cuisine et les pièces de machines résistantes à la chaleur. Crédit : Laboratoire national des énergies renouvelables

Des décharges excédentaires aux îles à ordures flottantes dans les océans en passant par les microplastiques dans les zones sauvages reculées, des milliards de tonnes de plastique jetés ont provoqué une crise mondiale de la pollution.


Bien que les plastiques nous soient indispensables la vie quotidienne, elles sont Matériaux durables qui ne se décomposent pas naturellement, mettent des décennies voire des siècles à se décomposer dans les décharges ou dans l’environnement naturel. Plus de 82 millions de tonnes métriques de polyéthylène téréphtalate (PET) sont produites dans le monde chaque année pour la fabrication de bouteilles de boissons à usage unique, d’emballages, de vêtements et de tapis, et est l’une des plus grandes sources de Plastique des ordures.

Des scientifiques du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du département américain de l’Énergie (DOE) progressent sur une solution potentielle aux déchets de PET. Une équipe de recherche collaborative combine la chimie et la biologie pour transformer le PET en un matériau doté de meilleures propriétés pouvant être utilisé pour créer une gamme plus diversifiée de nouveaux produits.

Combinés à des biotechnologies améliorées pour empêcher les thermoplastiques d’entrer dans les décharges et à l’Environment Consortium (BOTTLE), les chercheurs du NREL et les partenaires du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ont conçu des bactéries pour convertir le polyéthylène téréphtalate en blocs de construction pour un produit en nylon de qualité supérieure. Comme décrit dans « Tandom Chemical Decomposition and Biological Recycling of Poly(ethylene Terephthalate) to Beta-Ketoadipic Acid by Pseudomonas putida KT2440 » récemment publié dans Metabolic Engineering, ces monomères de haute performance peuvent être recyclés en matériaux et produits plastiques de plus grande valeur, un procédé connu sous le nom de recyclage.

« Cette étape de conversion biologique est une partie importante de l’équation qui rend le recyclage du PET possible, créant une opportunité de transformer des bouteilles en plastique contaminées en matériaux de fabrication précieux, nous rapprochant finalement de économie circulaire largement », a déclaré la scientifique du NREL et première auteure de l’article de presse Alison Werner.

Une économie circulaire peut prolonger la durée de vie des molécules pour fabriquer des plastiques vierges, tout en réduisant les déchets, en préservant les ressources et en augmentant l’efficacité. Cela peut aider à fournir des fournitures fabriquées avec moins de matières premières et d’énergie et à rester en dehors des décharges.

Les chercheurs de BOTTLE explorent comment utiliser une gamme de produits chimiques et processus biologiques Il peut être utilisé pour décomposer les déchets plastiques et les recycler en matériaux recyclables de plus grande valeur. Un récent projet BOTTLE a dégradé le PET à l’aide d’un processus de catalyse chimique et a conçu la bactérie Pseudomonas putida KT2440 pour convertir le PET en acide chimique β-cétoadipique (βKA), la pierre angulaire du nylon haute performance.

Le NREL et l’ORNL ont collaboré pour concevoir des bactéries. L’ORNL a conçu des bactéries pour tirer parti d’un intermédiaire clé dans la dégradation du PET, permettant à l’équipe du NREL de construire une plate-forme complète pour la biotransformation.

Traiter le problème du PET

Chaque type de plastique a ses propres propriétés moléculaires qui nécessitent différentes méthodes de décomposition. Le PET peut être décomposé en monomères à l’aide de plusieurs procédés chimiques différents. Cependant, les méthodes mécaniques utilisées dans la plupart des processus de recyclage du PET aujourd’hui peuvent entraîner des produits de moins bonne qualité et moins rentables, ce qui entraîne des taux de recyclage plus faibles. Diverses sources indiquent que seulement 15 à 35 % des bouteilles en PET trouvent actuellement une seconde vie.

Les transformations biologiques mises au point par les scientifiques du NREL et de l’ORNL dans P. putida, combinées à un processus de décomposition chimique catalytique, peuvent créer un produit plus précieux que le PET et finalement stimuler des taux d’extraction plus élevés – se traduisant finalement par moins de déchets. bouteilles en plastique Pollution des eaux océaniques et des zones sauvages montagneuses.

Les matériaux extraits grâce à la technologie de décomposition catalytique et de biotransformation en tandem offrent de meilleures propriétés que les nylons courants qu’il est destiné à remplacer, notamment une perméabilité à l’eau inférieure, une température de fusion plus élevée et une température de transition vitreuse plus élevée. Ces avantages en termes de performances élargissent les possibilités d’utilisation des matériaux, y compris les pièces automobiles qui doivent résister à des températures élevées. La valeur accrue des matériaux recyclés pourrait inciter l’industrie à recycler davantage de plastique, ce qui entraînerait une récupération du plastique à une échelle beaucoup plus grande.

Refuser de se retourner contre la pollution plastique

Alors que cette percée initiale promet déjà d’élargir les possibilités de recyclage du PET, les chercheurs continuent d’affiner l’approche. En plus d’améliorer l’interface de la chimie et de la biologie, l’équipe évalue un large éventail d’autres facteurs.

Les flux de déchets de PET post-consommation peuvent contenir des additifs que P. putida peut ne pas être en mesure de dégrader. La caractérisation de ces flux sera nécessaire pour identifier les produits chimiques présents et les voies métaboliques conçues pour permettre la consommation de ces composés également pour augmenter l’efficacité du processus de bioconversion, augmenter les rendements et traiter de manière globale les déchets plastiques.

Le succès futur de toute approche de démantèlement et de recyclage en tandem du PET sera finalement déterminé par la faisabilité technique, la faisabilité économique et l’impact environnemental combinés. L’équipe NREL prévoit de mener une analyse technico-économique et une évaluation du cycle de vie pour mieux comprendre les besoins énergétiques des procédés et les émissions de gaz à effet de serre.

« Le plastique a révolutionné la vie moderne, mais jusqu’à récemment, l’industrie des plastiques suivait une économie strictement linéaire et consommait beaucoup de carbone », a déclaré Greg Beckham, chercheur principal du NREL, responsable du consortium BOTTLE et auteur principal de l’article de presse. « Les approches circulaires de ce problème peuvent réduire notre dépendance au carbone basé sur les combustibles fossiles et ainsi réduire les émissions de gaz à effet de serre. Avec une production annuelle de plastique qui devrait atteindre près de 600 millions de tonnes d’ici 2050, il est temps d’agir. »

Les efforts du NREL et du BOTTLE Consortium, y compris les nouvelles technologies de désassemblage chimique et de biorecyclage, seront des tactiques vitales pour lutter contre la crise de la pollution plastique et les défis environnementaux et énergétiques associés au changement climatique.


Le recyclage du plastique à base d’enzymes est plus économe en énergie et meilleur pour l’environnement


Plus d’information:
Alison Z. Ingénierie métabolique (2021). DOI : 10.1016 / j.ymben.2021.07.005

la citation: Des chercheurs conçoivent des micro-organismes pour lutter contre la pollution plastique (2021, 14 octobre) Récupéré le 14 octobre 2021 sur https://phys.org/news/2021-10-microorganisms-tackle-pet-plastic-pollution.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Nonobstant toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

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Vie microbienne inexplorée dans les estuaires souterrains

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Vie microbienne inexplorée dans les estuaires souterrains
Les faits saillants de l'éditeur sont des résumés de recherches récentes rédigées par les éditeurs de la revue AGU.
source: Journal de recherche géophysique : Biogéosciences

Les estuaires souterrains (STE), où se mélangent les eaux souterraines terrestres et l’eau de mer, sont vitaux pour les écosystèmes côtiers océaniques. Il a été défini pour la première fois il y a 25 ans par Willard Moore (1999), ces régions ne sont pas bien étudiées, même si elles sont confrontées à des menaces croissantes en raison des futurs changements globaux.

Adesari et al. [2024] Il cherche à combler les lacunes des connaissances en mesurant les communautés microbiennes et leurs fonctions au sein des STE. En utilisant des incubations de sédiments qui imitent les facteurs de stress attendus, tels que l'élévation du niveau de la mer, l'augmentation des niveaux de nutriments et de longs temps de séjour, l'étude révèle la sensibilité des communautés microbiennes aux changements de nitrate et de salinité.

Ces résultats soulignent le rôle central des communautés microbiennes dans la réponse aux fluctuations environnementales du microbiote et dans la régulation des cycles du carbone et de l’azote dans les zones océaniques côtières. De plus, les activités humaines remodèlent radicalement les entreprises publiques, soulignant le besoin urgent d’efforts de conservation, tels que la réduction des taux de prélèvement des eaux souterraines.

Citation : Adyasari, D., Dimova, NT, Ní Chadhain, SM et Waska, H. (2024). Communautés microbiennes et activité métabolique dans les aquifères riches en matières organiques : l'impact des changements climatiques et d'utilisation des terres. Journal de recherche géophysique : Biogéosciences129, e2023JG007660. https://doi.org/10.1029/2023JG007660

—Marguerite A. Xenopoulos, rédacteur en chef, JGR : Biogéosciences

Texte © 2024. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
Sauf indication contraire, les images sont soumises au droit d'auteur. Toute réutilisation sans autorisation expresse du titulaire des droits d'auteur est interdite.

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Les neurones sensoriels jouent un rôle central dans la coordination de la réparation et de la régénération des tissus

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Des chercheurs de l’Université Monash et de l’Université d’Osaka ont dévoilé une découverte révolutionnaire concernant le rôle central des neurones sensoriels dans la régulation de la réparation et de la régénération des tissus, ce qui est très prometteur pour les patients souffrant d’une mauvaise cicatrisation des tissus et de diabète.

En collaboration avec le professeur Shizuo Akira de l'Union internationale de recherche sur le cancer, une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Mikael Martino de l'université Monash, qui a également occupé un poste à plusieurs postes à l'université d'Osaka, a publié une avancée majeure dans la médecine régénérative. .. nature.

Leurs recherches mettent en évidence l’interaction complexe entre les systèmes nerveux et immunitaire, ainsi que l’implication essentielle des neurones sensoriels dans la réparation et la régénération des tissus. Alors que les neurones sensoriels nociceptifs sont principalement associés à la sensation de douleur, leur contribution à la régénération tissulaire n’était pas claire jusqu’à présent. Grâce à leurs recherches, l’équipe a démontré que la suppression d’un sous-type spécifique de neurones sensoriels contenant le canal ionique Nav1.8 altère considérablement la réparation des plaies cutanées et la régénération musculaire après une blessure. En outre, ils ont révélé que les terminaisons de ces neurones sensoriels s’étendent jusqu’à la peau et aux tissus musculaires blessés et communiquent avec les cellules immunitaires via le peptide neuronal lié au gène de la calcitonine (CGRP) pendant le processus de guérison. Ce neuropeptide joue un rôle crucial en influençant les cellules immunitaires pour faciliter la guérison des tissus après une blessure. Dans des modèles précliniques, tels que des souris dépourvues de neurones sensoriels et des souris diabétiques dont les neurones périphériques sont endommagés, une version technique du CGRP a été utilisée, conçue pour améliorer son efficacité, accélérer la cicatrisation des plaies et favoriser la régénération musculaire.

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Ces résultats sont très prometteurs pour la médecine régénérative, en particulier dans le traitement des tissus mal cicatrisés, couramment observés dans des pathologies telles que le diabète. En regardant vers l’avenir, l’équipe vise à développer des thérapies innovantes ciblant les causes sous-jacentes d’une mauvaise réparation tissulaire en exploitant les interactions neuro-immunes.

L'Université Monash est l'un des partenaires mondiaux de connaissances de l'Université d'Osaka, un partenariat stratégique visant à développer des programmes de recherche et d'enseignement durables et de haute qualité qui peuvent contribuer à résoudre les problèmes mondiaux. L'auteur principal, Mikael Martino, un fervent défenseur de la collaboration entre les deux universités, a souligné l'importance des relations interinstitutionnelles solides et du système de nomination mutuelle pour permettre aux chercheurs internationaux comme lui de collaborer efficacement avec les universitaires de l'Université d'Osaka.

source:

Référence du magazine :

Lu, Y.-Z., et autres. (2024). Les neurones sensoriels CGRP favorisent la guérison des tissus via les neutrophiles et les macrophages. nature. est ce que je.org/10.1038/s41586-024-07237-y.

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Les récifs artificiels conçus par les ingénieurs du MIT pourraient protéger la vie marine et réduire les dégâts causés par les tempêtes

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Les magnifiques récifs coralliens noueux qui entourent les îles tropicales servent de refuge marin et de tampon naturel contre les mers agitées. Mais à mesure que les effets du changement climatique s’aggravent et que les récifs coralliens s’effondrent dans le monde entier, et que les événements météorologiques extrêmes deviennent plus fréquents, les communautés côtières deviennent de plus en plus vulnérables aux fréquentes inondations et à l’érosion.

L’équipe du MIT espère désormais fortifier les côtes avec des récifs « architecturaux » – des structures marines durables conçues pour imiter les effets des récifs coralliens naturels sur la résistance aux vagues tout en fournissant des enclaves aux poissons et autres espèces marines.

La conception du récif de l'équipe se concentre sur une structure cylindrique entourée de quatre segments en forme de gouvernail. Les ingénieurs ont découvert que lorsque cette structure résiste à une vague, elle brise efficacement la vague en jets turbulents qui finissent par dissiper la majeure partie de l’énergie totale des vagues. L’équipe a calculé que la nouvelle conception pourrait réduire l’énergie des vagues autant que les récifs artificiels existants, en utilisant dix fois moins de matériaux.

Les chercheurs prévoient de fabriquer chaque structure cylindrique à partir de ciment durable, qu'ils mouleront en un motif de « voxels » qui pourront être assemblés automatiquement et fourniront des enclaves aux poissons à explorer et à d'autres espèces marines où s'installer. Les cylindres peuvent être reliés pour former un long mur semi-perméable que les ingénieurs peuvent ériger le long du rivage, à environ 800 mètres du rivage. Sur la base des premières expériences de l'équipe avec des prototypes à l'échelle du laboratoire, les coraux artificiels peuvent réduire l'énergie des vagues entrantes de plus de 95 %.

«Ce sera comme un long brise-lames», déclare Michael Triantafilou, professeur Henry L. et Grace Doherty de sciences et de génie océaniques au Département de génie mécanique. « Si les vagues atteignent 6 mètres de haut en direction de la structure du récif, elles finiront par avoir moins d'un mètre de haut de l'autre côté. Cela tue donc l'effet des vagues, ce qui pourrait empêcher l'érosion et les inondations. »

Les détails de la conception des coraux artificiels sont rapportés aujourd'hui dans une étude parue dans la revue en libre accès. Association PNAS. Les co-auteurs du MIT Triantafyllou sont Edvard Ronglan SM '23 ; les étudiants diplômés Alfonso Parra Rubio, José del Huella Ferrandes et Erik Strand ; Les chercheuses Patricia Maria Stazato et Carolina Bastidas ; Professeur Neil Gershenfeld, directeur du Centre pour les atomes et les pièces ; Avec Alexis Oliveira da Silva de l'Institut Polytechnique de Paris, Dexia Fan de Westlake University et Jeffrey Geyer Jr. de Scinetics, Inc.

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Profitez des perturbations

Certaines régions ont déjà créé des récifs coralliens artificiels pour protéger leurs côtes des tempêtes envahissantes. Ces structures sont généralement des navires coulés, des plates-formes pétrolières et gazières abandonnées et même des formations assemblées de béton, de métal, de pneus et de pierre. Cependant, il existe actuellement des variations dans les types de récifs artificiels existants et il n’existe aucune norme concernant la géométrie de ces structures. De plus, les conceptions déployées ont tendance à avoir une faible dissipation des ondes par unité de volume de matériau utilisé. Cela signifie qu’il faut une énorme quantité de matériaux pour décomposer suffisamment d’énergie des vagues afin de protéger adéquatement les communautés côtières.

Au lieu de cela, l’équipe du MIT a cherché des moyens de concevoir des récifs artificiels qui dissiperaient efficacement l’énergie des vagues en utilisant moins de matériaux, tout en offrant un refuge aux poissons vivant le long de tout littoral vulnérable.

« N'oubliez pas que les récifs coralliens naturels n'existent que dans les eaux tropicales », explique Triantafilou, directeur du MIT Sea Grant Program. « Nous ne pourrions pas avoir ces récifs, par exemple, dans le Massachusetts. Mais les récifs conçus ne dépendent pas de la température, ils peuvent donc être placés dans n'importe quelle eau, protégeant ainsi davantage de zones côtières. »

Ce nouvel effort est le résultat d'une collaboration entre des chercheurs du MIT Sea Grant, qui ont développé la conception hydrodynamique de la structure du récif, et des chercheurs du Center for Parts and Atoms (CBA), qui ont travaillé pour rendre la structure modulaire et facile à fabriquer. sur site. . La conception du récif corallien par l'équipe est née de deux problèmes apparemment sans rapport. Les chercheurs de l’ABC développaient des structures cellulaires ultralégères pour l’industrie aérospatiale, tandis que les chercheurs de Sea Grant évaluaient les performances des obturateurs anti-éruption dans les structures pétrolières offshore – des vannes cylindriques utilisées pour sceller les puits de pétrole et de gaz et empêcher leurs fuites.

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Les tests de l'équipe ont montré que la disposition cylindrique de la structure génère une traînée importante. En d’autres termes, la structure semble particulièrement efficace pour dissiper les flux de pétrole et de gaz de grande puissance. Le même agencement, se demandaient-ils, pourrait-il dissiper un autre type d’écoulement, dans les vagues océaniques ?

Les chercheurs ont commencé à manipuler la structure globale dans les simulations d’écoulement d’eau, en ajustant leurs dimensions et en ajoutant des éléments spécifiques pour voir si et comment les vagues changeaient lorsqu’elles frappaient chaque conception de simulation. Ce processus itératif a finalement abouti à une géométrie raffinée : un cylindre vertical entouré de quatre longues bandes, chacune reliée au cylindre de manière à laisser de la place à l'eau pour s'écouler à travers la structure résultante. Ils ont découvert que cette configuration réfractait essentiellement toute énergie de vague entrante, provoquant l’enroulement de parties du flux induit par les vagues sur les côtés au lieu de s’effondrer vers l’avant.

« Nous profitons de ces turbulences et de ces jets puissants pour finalement dissiper l'énergie des vagues », explique Ferrandis.

Résistez aux tempêtes

Une fois que les chercheurs ont identifié la structure idéale pour la dissipation des vagues, ils ont fabriqué une version en laboratoire du récif corallien, façonnée à partir d’une série de structures cylindriques, qu’ils ont imprimées en 3D à partir de plastique. Chaque cylindre d'essai mesure environ 1 pied de large et 4 pieds de long. Ils ont assemblé un certain nombre de cylindres, chacun espacé d'environ un pied, pour former une structure en forme de clôture, puis l'ont descendu dans un réservoir à vagues au MIT. Ils ont ensuite généré des vagues de différentes hauteurs et les ont mesurées avant et après avoir traversé le récif artificiel.

« Nous avons vu les vagues diminuer considérablement, à mesure que les récifs coralliens détruisaient leur énergie », explique Triantafilou.

L'équipe a également étudié la possibilité de rendre les structures plus poreuses et plus adaptées à la pêche. Ils ont découvert qu’au lieu de fabriquer chaque structure à partir d’une feuille de plastique solide, ils pouvaient utiliser un type de ciment moins coûteux et plus durable.

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« Nous avons travaillé avec des biologistes pour tester le ciment que nous avons l'intention d'utiliser. Il est sans danger pour la pêche et prêt à l'emploi », ajoute-t-il.

Ils ont identifié un modèle idéal de microstructures dans lesquelles le ciment peut être façonné, afin de fabriquer des récifs coralliens tout en créant des enclaves dans lesquelles les poissons peuvent vivre. Cette géométrie de voxel ressemble à des cartons d'œufs individuels, empilés bout à bout, et semble n'avoir aucun effet sur la capacité globale de dissipation des ondes de la structure.

« Ces axes maintiennent toujours une grande traînée tout en permettant au poisson de se déplacer », explique Ferrandis.

L’équipe fabrique actuellement des structures de voxels en ciment et les assemble dans des récifs conçus à l’échelle du laboratoire, qu’elle testera dans différentes conditions de vagues. Ils envisagent que la conception du voxel pourrait être modulaire, évolutive à n’importe quelle taille souhaitée et facile à transporter et à installer dans divers endroits extérieurs. « Nous simulons actuellement les modèles marins réels et testons le fonctionnement de ces modèles lorsque nous devrons éventuellement les déployer », explique Anjali Sinha, une étudiante diplômée du MIT qui a récemment rejoint le groupe.

À l’avenir, l’équipe espère travailler avec des villes balnéaires du Massachusetts pour tester les structures à une échelle pilote.

« Ces structures de test ne seront pas petites », souligne Triantafilou. « Il fera environ un mile de long, environ 5 mètres de haut, et coûtera environ 6 millions de dollars par mile. Ce n'est donc pas bon marché. Mais cela pourrait éviter des milliards de dollars de dégâts causés par les tempêtes. Et avec le changement climatique, la protection des côtes va devenir un gros problème. »

Ces travaux ont été financés en partie par la Defense Advanced Research Projects Agency des États-Unis.

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