Novel microorganisms screening assay for detection of the biodegradation activity against polyethylene-wax
Deze studie presenteert een nieuwe, snelle screeningassay met behulp van PE-wasemulsie-agarplaten om bodemmicroorganismen, waaronder de genera *Pseudomonas* en *Stenotrophomonas*, die in staat zijn tot biologische afbraak van polyethyleenderivaten, succesvol te isoleren en te identificeren.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Plasticvervuiling is een bepalende uitdaging van onze tijd, waarbij miljarden tonnen synthetische materialen zich ophopen in het milieu. Onder deze materialen is polyethyleen het meest voorkomend, te vinden in alles van boodschappentassen tot verpakkingsfolies. Dit materiaal is berucht moeilijk door de natuur af te breken omdat de moleculaire structuur een lange, stabiele keten van koolstofatomen is die weerstand biedt aan de enzymen die microben meestal gebruiken om voedsel te eten. Voor een microbe om plastic te kunnen consumeren, moet het eerst de taaie ruggengraat chemisch veranderen, meestal door er zuurstof aan toe te voegen, waardoor het inerte plastic zachter en toegankelijker wordt. Zonder deze eerste stap blijft het plastic een fort dat bacteriën niet kunnen binnendringen. Wetenschappers zoeken al lang naar de specifieke microben en enzymen die in staat zijn deze cruciale eerste stap uit te voeren, maar het vinden ervan is geweest als het zoeken naar een speld in een hooiberg. De standaardmethoden voor het testen van bodemmonsters zijn traag, duur en slagen er vaak niet in om onderscheid te maken tussen microben die slechts overleven op sporen van voedingsstoffen en diegenen die het plastic actief aanvallen.
Een team onderzoekers aan de Universiteit van Wrocław voor Milieu- en Levenswetenschappen in Polen heeft een nieuwe manier ontwikkeld om deze zoektocht te versnellen. Ze hebben een screeningsmethode ontwikkeld die gebruikmaakt van een specifiek type was gemaakt van geoxideerd polyethyleen als vervanger voor het echte materiaal. Omdat volledig geoxideerd plastic gemakkelijker te verwerken is voor microben dan ruw plastic, dient deze was als een model om organismen te vinden die over de juiste instrumenten beschikken om het afbraakproces te starten. De onderzoekers mengden deze was met water en een milde, zeepachtige substantie om een melkachtige emulsie te cren, die ze vervolgens in petrischaaltjes goten om een dunne, vaste laag over een voedingsbodem te vormen. Wanneer ze bodemmonsters op deze schalen plaatsten, wachtten ze om te zien of er microben zouden groeien en een heldere ring rond hen zouden achterlaten. Deze heldere ring, of halo, zou aangeven dat de microbe de was actief consumeerde, waarbij het pad vrijkwam terwijl het zich voedde.
Het team verzamelde grond van vier verschillende locaties in Polen, variërend van drukke snelwegen en industriële zones tot rustige natuurreservaten, in de hoop microben te vinden die aangepast zijn aan verschillende niveaus van vervuiling. Na het kweken van duizenden kleine kolonies op hun speciale wasplaten, vonden ze twee specifieke groepen microben die er succesvol in waren geslaagd heldere halo's te creëren. Dit waren geen enkelvoudige bacteriën, maar gemengde gemeenschappen, of consortia, die samenwerkten. Om te bewijzen dat deze microben werkelijk in staat waren de was als voedsel te gebruiken, verplaatsten de onderzoekers hen naar vloeibare tanks die alleen de wasemulsie bevatten en geen andere voedingsbron. Over een periode van meerdere weken verplaatsten zij de microben herhaaldelijk naar verse wasvloeistof, een proces dat de gemeenschap dwong zich aan te passen en efficiënter te worden in het verteren van het polymeer. De microben overleefden niet alleen, maar werden bij elke overdracht dikker en robuuster, wat bewees dat ze volledig op de was konden leven.
Om er zeker van te zijn dat de microben daadwerkelijk de chemische structuur van de was veranderden en niet alleen groeiden op accidentele onzuiverheden, gebruikten de wetenschappers een zeer gevoelige chemische test. Ze voegden een speciale kleurstof toe die gloeit wanneer deze bindt aan specifieke chemische groepen die aldehyden worden genoemd, welke ontstaan wanneer plastic begint af te breken. De vloeibare culturen die de microben bevatten, vertoonden een sterke gloed, wat bevestigde dat de plasticketens chemisch werden veranderd. Interessant genoeg was de gloed het sterkst in de eerdere stadia van het experiment en iets zwakker in de latere, meer aangepaste stadia. De onderzoekers suggereren dat dit gebeurde omdat de zeer efficiënte, geëvolueerde microben de plastic zo snel afbraken dat de intermediaire aldehydegroepen werden omgezet in de volgende fase van de afbraak voordat de kleurstof ze kon vangen. Deze snelle verwerking is een teken van een gezond, actief afbraakproces.
Toen het team de genetische samenstelling van de microbiële gemeenschappen analyseerde vóór en na deze aanpassingsperiode, zagen ze een dramatische verschuiving in wie de leiding had. De oorspronkelijke bodemmonsters waren een diverse mix van vele verschillende soorten bacteriën. Echter, na weken van leven op de was, vereenvoudigden de gemeenschappen en werden ze gedomineerd door slechts enkele soorten bacteriën, specif kind de genera Pseudomonas en Stenotrophomonas, samen met een familie van bacteriën genaamd Alcaligenaceae. Deze specifieke groepen staan in de wetenschappelijke literatuur bekend om hun vermogen om langketenige koolwaterstoffen te verwerken, dezelfde bouwstenen die in plastic worden gevonden. Het feit dat deze specifieke microben de top van de voedselketen bereikten toen plastic de enige voedselbron was, suggereert dat zij de specifieke enzymen bezitten die nodig zijn om het materiaal aan te pakken.
Deze studie beweert niet dat men een microbe heeft gevonden die een plastic zak onmiddellijk kan oplossen, noch suggereert het dat het probleem van plasticvervuiling is opgelost. In plaats daarvan biedt het een betrouwbaar en snel hulpmiddel om het juiste startpunt te vinden. Door deze wasgebaseerde screeningsmethode te gebruiken, kunnen wetenschappers nu snel identificeren welke bodemmonsters microben bevatten die in staat zijn de geoxideerde delen van plastic aan te vallen. Deze bevindingen bieden een praktisch pad voor het ontdekken van de enzymen en organismen die op een dag kunnen worden gebruikt om te helpen bij het afbreken van de enorme hoeveelheden plastic afval die momenteel onze ecosystemen verstikken. Het werk bevestigt dat met de juiste screeningsmethode, de eigen recyclers van de natuur met veel meer snelheid en precisie kunnen worden gevonden en bestudeerd.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.