La présence de microplastiques[1] dans l'ensemble des écosystèmes est aujourd'hui avérée avec des répercussions multiples sur la vie marine, les écosystèmes et la santé humaine[2]. Et si comprendre les bases moléculaires des interactions des microplastiques avec notre environnement pouvait nous aider à imaginer de nouveaux moyens pour limiter cette pollution ?
Au niveau macromoléculaire, les protéines, très abondantes dans l'environnement, jouent un rôle particulièrement important dans l'intégration des plastiques dans les écosystèmes. Elles s'adsorbent à la surface des micro- et nanoplastiques et forment des structures moléculaires caractéristiques autour des particules de plastique, en couronne (corona). Ces structures influencent directement le comportement des particules, leurs interactions avec des systèmes biologiques notamment, avec des conséquences pour la santé des organismes vivants.
La formation des coronas dépend à la fois des propriétés de surface des plastiques et des caractéristiques structurales et physicochimiques des acides aminés composant les protéines. Des chercheurs de notre département I2BC et du laboratoire LIONS (NIMBE / CEA-Iramis) s'intéressent depuis plusieurs années à cette problématique d'interactions entre protéines et plastique (https://joliot.cea.fr/drf/joliot/Pages/Actualites/Scientifiques/2023/proteines-dispersion-microplastiques-dans-eau.aspx). Dans une récente étude publiée dans le
Journal of Physical Chemistry, ils ont utilisé la modélisation moléculaire pour examiner à l'échelle atomique les interactions entre des nanoplastiques de polyéthylène, le matériau plastique le plus utilisé dans le monde, et différentes séquences d'acides aminés.
Leur approche intégrée, combinant calcul et expérience, révèle pour la première fois des comportements d'adsorption distincts selon les séquences d'acides aminés : les peptides à base de valine, tyrosine ou tryptophane forment des couronnes compactes et de haute affinité, tandis que ceux à base d'arginine présentent une adsorption faible et dispersée, avec une exposition accrue au solvant. Les couronnes intégrant des peptides à base de valine montrent une tendance à l'agglomération, alors que celles intégrant des peptides à base d'arginine se déstabilisent à des températures élevées.
Les prédictions informatiques ont été validées expérimentalement sur le plan quantitatif (par la mesure des isothermes d'adsorption à l'équilibre), renforçant la confiance dans le protocole et les simulations.
Ces résultats offrent une compréhension atomistique de la formation des coronas et établissent une base mécanique pour prédire les interactions peptide-plastique, essentielle pour comprendre certains aspects des pollutions environnementales aux nanoplastiques et évaluer les risques pour la santé et les écosystèmes liés aux interactions de ces nanoparticules avec le vivant.
Contact Institut des sciences du vivant Frédéric-Joliot
------------------------------------
[1] 460 millions de tonnes de plastique sont produites chaque année et une forte proportion se retrouve rapidement dans les océans, sous forme notamment de microplastiques primaires et secondaires (https://www.ecologie.gouv.fr/politiques-publiques/traite-mondial-contre-pollution-plastique). Les microplastiques primaires sont directement rejetés dans l'environnement ; ils proviennent par exemple du lavage des vêtements synthétiques ou du frottement des pneus sur la route. Les microplastiques secondaires proviennent de la dégradation d'objets en plastique tels que les bouteilles et les sacs. Les microplastiques secondaires représentent plus de 2/3 des microplastiques retrouvés dans l'océan. (source :
https://www.europarl.europa.eu/news/fr/headlines/society/20181116STO19217/microplastiques-sources-impact-et-solutions?)
[2] https://www.unep.org/fr/resources/de-la-pollution-la-solution-une-evaluation-mondiale-des-dechets-marins-et-de-la-pollution