Persbericht Het ontstaan van de plastisfeer: bacteriën in zee vinden een nieuwe leefwereld op plastic afval
“De microbiële kolonisatie van plastic afval in zee kan belangrijke gevolgen hebben voor het milieu, maar het kan op termijn ook bijdragen tot een oplossing voor de plastic vervuiling in zee”, dat zegt ILVO-UGent onderzoekster Caroline De Tender. Via genomics technieken onderzocht zij de ontwikkeling en samenstelling van de gemeenschap van bacteriën en schimmels die op plastic leeft, de plastisfeer. De biofilm die daardoor op plastic gevormd wordt, kan het mariene milieu gaan beïnvloeden, vooral gezien de omvang van de plastic vervuiling. Maar er is ook hoop: de onderzoekster vond aanwijzingen voor het bestaan van bacteriën die plastic-gerelateerde chemicaliën zouden kunnen afbreken.
Plastic vervuiling en de plastisfeer
Micro-organismen in de oceanen zijn minder intensief bestudeerd dan hun tegenhangers op het vasteland. Toch bereiken ze hoge aantallen in de mariene omgeving, voornamelijk wanneer ze zich kunnen vasthechten aan substraten, en voeren ze net als in de bodem verscheidene cruciale processen uit. Recent onderzoek wijst uit dat jaarlijks ongeveer 8 miljoen ton plastic in het marien milieu terecht komt, wat plastic waarschijnlijk de belangrijkste vervuiler maakt van onze oceanen en zeeën. De micro-organismen die zich vastzetten op dit plastic, ook wel “de plastisfeer” genoemd, worden reeds bestudeerd sinds de jaren zeventig. Desondanks blijft de dynamiek van deze microbiële kolonisatie en de impact op plastic degradatie, het mariene milieu en de gezondheid van mens en dier grotendeels ongekend. Daarom onderzocht Caroline De Tender de kolonisatie van plastic afval door bacteriën en schimmels, enerzijds door plastic afval in zee te verzamelen en anderzijds via een blootstellingsexperiment in het Belgisch deel van de Noordzee. Hierbij werd plastic gedurende 10 maanden blootgesteld aan het mariene milieu en werd er maandelijks bemonsterd.
Van naakte plastic tot biofilm
Uit de experimenten blijkt dat de samenstelling van een biofilm op plastic beïnvloed wordt door omgevingsfactoren zoals temperatuur en het zoutgehalte van het water, en door plastic-gerelateerde factoren zoals samenstelling van het plastic en de tijd dat het afval al in zee ligt. Afhankelijk van de omgeving waaraan het plastic wordt blootgesteld, kan de vorming van de bacteriële biofilm verschillende stadia doorlopen. Na enkele maanden van blootstelling van de plastic aan het marien milieu kan daarbij een min of meer stabiele bacteriële gemeenschap worden bereikt, die uit ongeveer 1,500 unieke organismen bestaat. De studie van kolonisatie van plastic afval door schimmels was een primeur. Bij deze organismen bleek er een aanzienlijk verschil in samenstelling tussen verschillende plastic fragmenten, zelfs als de plastic fragmenten op dezelfde plaats gelokaliseerd waren. Opvallend was het aandeel van Lecanoromycetes, korstmosvormende schimmels, die meer dan 25 procent van de volledige schimmelgemeenschap konden uitmaken.
Dreiging of bron van inspiratie?
De microbiële kolonisatie van plastic kan het mariene ecosysteem op verschillende manieren beïnvloeden. Zo werden er verschillende leden van de Vibrionaceae, een familie van bacteriën waartoe verschillende ziekteverwekkers behoren, teruggevonden op het plastic, terwijl zij niet werden teruggevonden in het zeewater of het sediment. Dat wijst er op dat deze groepen afkomstig zijn uit een ander milieu en dat ronddrijvend plastic dus als een transportmiddel kan dienen voor micro-organismen. Plastic kan met andere woorden ook ziekteverwekkers aanvoeren, en dat kan gevolgen hebben voor zowel dieren als mensen.
De aanwezigheid van micro-organismen op plastic kan echter ook hoopgevend zijn, vooral dan bij de zoektocht naar mechanismen voor biodegradatie van plastic. Een aantal bacteriën zijn namelijk gekend voor hun capaciteiten om chemische stoffen af te breken. Dat kan het plastic zelf zijn, maar ook de chemicaliën die zich vastzetten op het plastic. Het is dus niet ondenkbaar dat ergens op die biofilms een micro-organisme zit die het plastic waarop hij leeft kan afbreken. In deze studie werd geen biodegradatie van plastic door micro-organismen aangetoond. Er werd echter wel een bacteriegroep, Mycobacterium sp., geïdentificeerd op gekleurde industriële plastic pellets. Deze groep van bacteriën heeft de capaciteit om pigmenten af te breken. Dit wijst er dus op dat biodegradatie van plastic-gerelateerde chemicaliën mogelijk is.
Genomische technieken als basis van het onderzoek
Het gebruik van high-throughput sequencing technieken maakte het mogelijk om de taxonomische samenstelling van microbiële gemeenschappen en de manier waarop zij functioneren in de plastisfeer te bestuderen. Daarbij werd voornamelijk gefocust op taxonomische identificatie met behulp van amplicon sequencing en shotgun metagenomics. Genomics opent in dergelijk onderzoek een waaier aan nieuwe onderzoeksmogelijkheden. Complexe samenstellingen van microbiële populaties, én hun wijziging onder invloed van een externe factor kunnen in kaart gebracht worden. ILVO lanceerde 4 jaar geleden een intern genomics platform waar intussen een 20-tal verschillende onderzoeksvragen en domeinen worden geclusterd. Onderzoekster Caroline De Tender zelf voerde in het kader van haar doctoraat ook genomics studies uit van een totaal andere bacteriële leefgemeenschap, namelijk die uit de directe omgeving van plantenwortels, de rhizosfeer (meer info over dit tweede luik van het onderzoek).
