Bijzondere microben ontdekt die juist bij lage temperaturen plastic kunnen afbreken

Plastic bestaat pas zeventig jaar, maar is ondertussen in elke hoek van de wereld in de natuur te vinden. Het recyclen en afbreken ervan is nog steeds niet zo makkelijk. De wetenschap is dan ook op zoek naar micro-organismen die ons daar een handje bij kunnen helpen. En ze hebben nu iets gevonden. 

Er zijn in de afgelopen jaren al een heleboel verschillende microben ontdekt die plastic af kunnen breken. Ook is er veelvuldig getest met enzymen die dit proces mogelijk maken, maar helaas werken ze allemaal pas goed boven de 30 graden Celsius. De methode is daarmee niet duurzaam genoeg en het kost te veel geld om op grote schaal de enzymen te verwarmen. Daarom zijn wetenschappers op zoek naar alternatieven. Ze hebben nu micro-organismen op het oog, die aangepast zijn aan koude temperaturen en zichzelf hebben geleerd om plastic te eten. In de noordelijke poolstreken en in het hooggebergte van de Alpen hebben ze dergelijke kunststofetende bacteriën en schimmels opgespoord en meegenomen naar het lab.

De plastisfeer
Deze organismen leven in de zogenoemde plastisfeer, die bestaat uit ecosystemen die zijn geëvolueerd om te leven in door mensen gemaakte plastic omgevingen. “We hebben nieuwe groepen micro-organismen gevonden in de plastisfeer, niet al te diep in de alpiene en arctische grond. Ze zijn in staat om bij 15 graden biologisch afbreekbare plastics aan te pakken”, zegt hoofdonderzoeker Joel Rüthi. “Met behulp van deze microben is het mogelijk om de kosten en de CO2-voetafdruk van industriële plasticrecycling flink naar beneden te krijgen.”

Rüthi en zijn collega’s stuitten op negentien bacteriesoorten en vijftien verschillende schimmels in de koude grond van Zwitserland, Spitsbergen en Groenland. De micro-organismen leefden deels op stukken plastic die toevallig in de natuur waren beland. Andere monsters kwamen van plekken waar allerlei soorten plastic expres een jaar eerder in de grond waren gestopt.

Actino-bacteriekolonies op een petrischaaltje. Foto: Mateusz Kropiwnicki

De onderzoekers lieten de geïsoleerde microben in het laboratorium in het donker groeien bij 15 graden Celsius en keken daarna wat voor vlees ze in de kuip hadden. Er bleken dertien bacteriestammen te zijn, behorend tot de Actino-bacteriën en Proteo-bacteriën. Daarnaast identificeerden ze tien schimmelstammen die vallen onder de Ascomycota en Mucoromycota.

Microbisch feestmaal
De microben stonden ongetwijfeld te trappelen om hun ‘tanden’ in een stuk plastic te zetten, dus zetten de onderzoekers hen allerlei verschillende kunstmatige hapjes voor: niet-biologisch afbreekbare polyethyleen (PE), biologisch afbreekbare polyester-polyurethaan (PUR) en een populair mengsel van polybutyleen (PBAT) en polylactisch zuur (PLA) dat helaas veel in de natuur te vinden is. Geen van de stammen waagde zich aan PE, zelfs niet nadat het 126 dagen in een petrischaaltje voor hun ‘neus’ werd gehangen. Maar de PUR smaakte hen een stuk beter. Maar liefst negentien stammen (elf schimmels en acht bacteriesoorten) verteerden dit plastic bij 15 graden. Ook het mengsel van PBAT en PLA ging er bij veertien schimmelsoorten en drie bacteriestammen prima in. De plasticpolymeren bleken afgebroken te zijn tot kleinere moleculen.

De grote winnaars en dus de microben met de meeste potentie voor verder onderzoek waren twee schimmelsoorten die nog geen naam hebben gekregen, maar behoren tot de Neodevriesia en Lachnellula genera. De veelvraten lustten bijna alles wel, behalve het niet-biologisch afbreekbare polyethyleen. “We vonden het erg verrassend dat de meeste van de door ons geteste stammen in staat waren om een of meerdere plastics af te breken”, zegt Rüthi.

Plantenpolymeren lijken op plastic
Hoe is de eigenschap om plastic af te breken eigenlijk geëvolueerd? Plastic is pas sinds de jaren 50 van de vorige eeuw in omloop, dus het afbreken van kunststof was daarvoor zeker geen groot evolutionair voordeel. “Uit eerder onderzoek blijkt dat microben allerlei polymeer-afbrekende enzymen kunnen aanmaken, die ervoor zorgen dat de celwanden van planten kapot gaan. Vooral schimmels die het gemunt hebben op planten, die ze ziek maken en doden, blijken goed te zijn in het afbreken van biologisch afbreekbare polyesters. Dit komt doordat ze cutinasen produceren, die plastic polymeren kapotmaken, omdat ze lijken op de plantaardige polymeer cutine”, legt onderzoeker Beat Frey uit.

Verder sleutelen
Er is nog een lange weg te gaan tot duidelijk is op welke manier de uitgekozen enzymen het beste werken. Rüthi heeft tot nu toe alleen getest bij 15 graden Celsius en waarschijnlijk moet er nog wat aan de enzymen worden gesleuteld. “We weten dat de geteste stammen het goed doen tussen de 4 en 20 graden. Het lijkt erop dat rond 15 graden een optimum ligt. De volgende grote uitdaging is om de beste enzymen te identificeren en die te optimaliseren voor het proces om grote hoeveelheden eiwitten op te kweken. Het zou goed kunnen zijn dat we de enzymen nog moeten modificeren om de moleculaire stabiliteit en andere zaken te verbeteren”, besluit Frey.

Bronmateriaal

"Discovery of plastic-degrading microbial strains isolated from the alpine and Arctic terrestrial plastisphere" - Frontiers in Microbiology
Afbeelding bovenaan dit artikel: Zianlob / Getty (via Canva.com)

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd