Plasticafval is inmiddels op de meest afgelegen plekken op aarde gevonden, van de bodem van de Marianentrog tot de top van de Mount Everest. Maar misschien hebben onderzoekers een oplossing: een groep bacteriën die samen plasticweekmakers kan afbreken, wat mogelijk kan helpen bij het aanpakken van plasticvervuiling.
Een Duits onderzoeksteam identificeerde drie bacteriesoorten die in een gemeenschap samenwerken om ftalaatesters (PAE’s) af te breken. Dit zijn chemische verbindingen die vaak gebruikt worden als weekmakers in kunststoffen, onder andere voor bouwmaterialen, voedselverpakkingen en verzorgingsproducten. Ze worden beschouwd als zeer zorgwekkende stoffen (ZZS), omdat ze in het milieu en de voedselketen terecht komen en in verband worden gebracht met hormonale, stofwisselings- en ontwikkelingsstoornissen en met bepaalde vormen van kanker.
Honderden plasticeters
In de afgelopen 25 jaar hebben wetenschappers honderden micro-organismen ontdekt die plastics zoals PAE’s kunnen afbreken. Toch is het nog lastig om die organismen in de praktijk in te zetten. Het afbreken van plastic door microben verloopt vaak langzaam, vereist hoge temperaturen en werkt meestal alleen efficiënt in gecontroleerde omstandigheden, zoals bioreactoren. Bovendien kunnen de meeste bekende plasticafbrekende microben slechts één type plastic verwerken.
Een mogelijke oplossing is om verschillende micro-organismen samen te laten werken. Eigenlijk net zoals wij dat doen, kunnen ze in zo’n teamverband de taken verdelen, elkaars zwakke punten opvangen en blijven functioneren wanneer omstandigheden veranderen. Precies zo’n samenwerkende bacteriegemeenschap hebben de Duitse wetenschappers nu ontdekt.
Bacteriën uit eigen lab
De onderzoekers wisten wel waar ze mogelijk nieuwe plasticetende bacteriën konden vinden: in hun eigen laboratorium. Op een onderdeel van een bioreactor groeide namelijk een biofilm, een dunne laag micro-organismen. Daarvan werd een monster genomen en verder onderzocht.
Het team kweekte de bacteriën in een groeimedium en gebruikte diethylftalaat (DEP) als testweekmaker, de meest gebruikte modelstof voor experimenten met PAE’s. De stof diende als koolstof- en energiebron. Met andere woorden: als de bacteriën groeiden, betekende dit dat ze DEP afbraken om energie te krijgen.
Na meerdere kweekrondes ontstond een stabiele bacteriegemeenschap die kon groeien bij concentraties tot 888 milligram DEP per liter. Bij een temperatuur van 30 °C had de bacteriegroep ongeveer 24 uur nodig om de stof volledig af te breken.
Vele handen maken licht werk
DNA-analyse liet zien dat de groep uit drie verschillende bacteriesoorten bestond: een soort uit de Pseudomonas putida-groep, een uit de Pseudomonas fluorescens-groep en een nog onbekende soort uit het geslacht Microbacterium.
Opvallend genoeg konden de bacteriën op zichzelf de PAE’s niet afbreken. Dat toont aan dat ze afhankelijk zijn van samenwerking. Dat doen ze via een mechanisme dat wetenschappers cross-feeding noemen: tussenproducten die door de ene bacterie worden gemaakt tijdens de afbraak, dienen als voedingsstof voor een andere bacterie. Hoewel dit mechanisme in de natuur vaak voorkomt in microbiële gemeenschappen, was het nog niet eerder aangetoond bij plasticafbrekende bacteriën.
Meerdere soorten weekmakers
De samenwerkende bacteriën bleken bovendien veelzijdig. Naast DEP konden ze ook andere veelvoorkomende weekmakers afbreken, waaronder dimethylftalaat (DMP), dipropylftalaat (DPP) en dibutylftalaat (DBP).
Volgens het onderzoeksteam vergroot dit de mogelijke waarde van de bacteriegemeenschap voor biotechnologische en milieutoepassingen, omdat het meerdere soorten weekmakers kan afbreken die vaak voorkomen in vervuilde omgevingen.
Evolutie in het tijdperk van plastic
Volgens de onderzoekers is het vermogen van de bacteriën om PAE’s af te breken waarschijnlijk ontstaan door langdurige vervuiling met deze stoffen. Oorspronkelijk gebruikten de microben enzymen die natuurlijke moleculen met esterbindingen konden afbreken, maar door de aanwezigheid van plasticweekmakers zouden ze gaandeweg efficiëntere enzymen hebben ontwikkeld.
De bacteriën kunnen voorlopig alleen deze weekmakers verwerken, andere plastics zoals polyethyleen en polypropyleen zijn veel moeilijker af te breken. De onderzoekers willen de bacteriegroep nu testen in echt afvalwater met microplastics. Als dat lukt, zouden zulke bacteriegemeenschappen in de toekomst kunnen helpen om plasticvervuiling in het milieu te verminderen.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
