Metagenomic Exploration of Plastic Degrading Microbes for Biotechnological Application

Abstract

Since the last few decades, the promiscuous and uncontrolled use of plastics led to the accumulation of millions of tons of plastic waste in the terrestrial and marine environment. It elevated the risk of environmental pollution and climate change. The concern arises more due to the reckless and unscientific disposal of plastics containing high molecular weight polymers, viz., polystyrene, polyamide, polyvinylchloride, polypropylene, polyurethane, and polyethylene, etc. which are very difficult to degrade. Thus, the focus is now paid to search for efficient, eco-friendly, low-cost waste management technology. Of them, degradation of non-degradable synthetic polymer using diverse microbial agents, viz., bacteria, fungi, and other extremophiles become an emerging option. So far, very few microbial agents and their secreted enzymes have been identified and characterized for plastic degradation, but with low efficiency. It might be due to the predominance of uncultured microbial species, which consequently remain unexplored from the respective plastic degrading milieu. To overcome this problem, metagenomic analysis of microbial population engaged in the plastic biodegradation is advisable to decipher the microbial community structure and to predict their biodegradation potential in situ. Advancements in sequencing technologies and bioinformatics analysis allow the rapid metagenome screening that helps in the identification of total microbial community and also opens up the scope for mining genes or enzymes (hydrolases, laccase, etc.) engaged in polymer degradation. Further, the extraction of the core microbial population and their adaptation, fitness, and survivability can also be deciphered through comparative metagenomic study. It will help to engineer the microbial community and their metabolic activity to speed up the degradation process.

TSC Opinion

La recherche est très active pour identifier des micro-organismes capables de digérer les matières plastiques. Il s’avère qu’ils sont relativement peu nombreux, même en explorant des environnements extrêmes. Ceci peut être considéré comme un succès pour les fabricants de polymères plastiques car ils ont réussi à mettre au point des matériaux qui résistent à la dégradation biologique, et donc avec une durée de vie potentielle plus élevé que des polymères naturels, comme le bois vous certaines fibres végétales. Il est vraiment dommage que l’usage des objets à courte durée de vie ait finalement détourné cette innovation vers des produits de basse qualité tout en ignorant le fait que dans l’environnement ils seraient très peu dégradés. On voit donc que la bataille actuelle ne concerne pas les matières plastiques en tant que tel, mais le modèle économique basé sur des objets à usage unique de faible coût et de faible qualité qui permettent d’entretenir un système de production sur lequel les profits sont réalisés. Alors que potentiellement, les matériaux plastiques mis au point permettraient d’avoir des objets dont la durée de vie est très longue. Par exemple, les nouvelles polyamides sont utilisées dans l’automobile pour remplacer les composants métalliques dans les moteurs. Leur durée de vie atteint donc une dizaine d’années dans des conditions extrême. Dans des conditions plus douces, ces objets pourraient durer plusieurs décades.