plastic

Giovanetti ontwikkelde deze creatieve meubels van PUR. Hierbij maakte hij goed gebruik van de materiaaleigenschappen van PUR. Bron: Giovanetti Modern Art

Schimmel ontdekt die PUR-schuim kan afbreken

1 reactie / Techniek, Wetenschap / Door / 6 februari 2012

Polyurethaan (PUR, wat vaak in de vorm van PUR-schuim wordt gebruikt om huizen mee te isoleren) is één van de grootste nachtmerries van milieubeschermers. Het goedje is chemisch zo stabiel dat het nauwelijks uit elkaar valt; ook waren er geen organismen bekend die de stof af kunnen breken. Tot nu toe, blijkt uit een onverwachte ontdekking in de Amazone.

Giovanetti ontwikkelde deze creatieve meubels van PUR. Hierbij maakte hij slim gebruik van de materiaaleigenschappen van PUR. Bron: Giovanetti Modern Art
Giovanetti ontwikkelde deze creatieve meubels van PUR. Hierbij maakte hij slim gebruik van de materiaaleigenschappen van PUR. Bron: Giovanetti Modern Art

Toevallige ontdekking tijdens een studietrip
Elk jaar gaan onderzoekers van Yale University op reis naar het regenwoud voor de Rainforest Expedition and Laboratory cursus. Dit komt neer op het verzamelen van monsters in de lente en onderzoek in de zomer aan de monsters die zijn verzameld. Vorig jaar kweekte de groep micro-organismen die op planten in de Amazone voorkwamen, een van de belangrijkste hotspots voor biodiversiteit. Onder de monsters troffen ze de schimmel Pestalotiopsis microspora aan die polyurethaan kan afbreken.

Kracht PUR veroorzaakt milieuoproblemen
Polyurethaan is een synthetisch polymeer dat ontwikkeld werd in de veertiger jaren. Deze polymeer is sterk, duurzaam en elastisch en kan daarom rubber, verf, metalen of hout vervangen. Om die reden komt polyurethaan voor in veel onderdelen van het moderne leven: lijm, schoenen, isolatiemateriaal, onderdelen van auto’s, meubels etcetera. De duurzaamheid van de stof is ook het probleem. De chemische verbindingen in polyurethaan zijn zo stabiel dat er toe toe niet één micro-organisme bekend is dat het goedje af kan breken. Verbranden kan, maar hierbij komen schadelijke dampen vrij. Ook is het niet te vermijden dat er polyurethaan in het milieu terecht komt.

Schimmel leeft op PUR zonder zuurstof
De groep, onder leiding van professor biochemie Scott Strobel, ontdekte de schimmel P. microspora en ontdekte dat deze niet alleen leeft op polyurethaan, maar ook kan overleven op een dieet van alleen polyurethaan. Ook zeer interessant is dat de schimmel kan overleven onder zuurstofloze omstandigheden, zoals diep in vuilstortplaatsen.  De schimmel werd ontdekt in het Ecuadoriaanse deel van de Amazone door de studenten Pria Anand en Jonathan Russell. Zij identificeerden een serinehydrolase, een enzym,  dat de schimmel in staat stelt om het polyurethaan af te breken. De schimmel leeft endofytisch: op en in plantenweefsel, maar doet geen schade aan de gastheer. Er werden meerdere micro-organismen aangetroffen die zxowel vloeibaar als vast polyurethaan knen afbreken, maar alleen deze schimmel kom geheel op het pastic overleven onder zowel aerobe als anaerobe omstandigheden. Volgens de auteurs kunnen endofytische schimmels als P. microspora worden gebruikt om op natuurlijke wijze af te rekenen met hardnekkige afvalstoffen als polyurethaan. De techniek waarbij dit gebeurt is al langer bekend onder de naam bioremediatie. Je zou kilo’s sporen van P. microspora kunnen mengen met huishoudafval of hiermee bestaande afvalhopen kunnen behandelen.

Schatten aan chemische informatie
Eigenlijk is dit minder onlogisch dan het lijkt. Planten, dieren en micro-organismen zijn al miljarden jaren bezig met een chemische strijd op leven en dood om te overleven. Er bestaan natuurlijke verbindingen als lignine die qua hardnekkigheid weinig onderdoen voor plastics. Kortom: de aardse biosfeer vormt een natuurlijke scheikundebibliotheek waarin schatten aan informatie te vinden zijn. Een tweede les is dat het geen goed idee is om hotspots van biodiversiteit als het Amazoneregenwoud om zeep te helpen. Zoals deze toevallige maar zeer waardevolle ontdekking bewijst, groeien er nog tal van geheimen en nuttige soorten om te ontdekken.

Lees ook
Serendipiteit
Bacterie eet plastic in oceaan

Bronnen
Yale Students’ Trip to Rainforest Yields New Way to Degrade Plastic, Yale News (2011)
Jonathan R. Russell et al., Biodegradation of Polyester Polyurethane by Endophytic Fungi, Appl. Environ. Microbiol. (2011) vol. 77 no. 17 6076-6084. doi:10.1128/​AEM.00521-11

Zelfs een microscopisch klein stukje plastic blijkt een leefomgeving voor plasticetende Vibrio's te vormen

Bacterie eet plastic in oceaan

4 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 20 november 2011

Zoals het er nu naar uitziet heeft de natuur nu een organisme voortgebracht dat plastic kan afbreken. Helpt de evolutie de oceanen uit de brand, of dreigt er nieuw gevaar?

Zelfs een microscopisch klein stukje plastic blijkt een leefomgeving voor plasticetende Vibrio's te vormen
Zelfs een microscopisch klein stukje plastic blijkt een leefomgeving voor plasticetende Vibrio's te vormen. Bron: Nature/authors

Microscopische oases
Een op plastic gespecialiseerde soort lijkt de tanden te zetten in het plastic afval waarmee we de oceanen vervuilen[1]. We weten echter niet of ze onze rommel netjes opruimen of dat ze ze in moleculaire vorm terugbrengen in de voedselketen- – wat vervelender gevolgen zou hebben. Er worden werkelijk onvoorstelbare hoeveelheden plastic in rivieren of rechtstreeks in zee gedumpt, wat uiteindelijk terecht komt in stilstaande oceaangebieden als de Sargassozee in de Atlantische Oceaan of het beruchte ‘drijvende plasticeiland’ in de Stille Oceaan. Het meeste plastic verandert uiteindelijk in versnipperde confetti. Onder een elektronenmicroscoop (zie afbeelding) blijkt ieder stukje te veranderen in een “oase, een rif van microbiële activiteit,” omschrijft de ontdekker, marien microbioloog Tracy Mincer van het Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts dichterlijk.

Bacteriën vreten gaatjes in plastic
Mincer en zijn collega’s onderzochten plastic monsters, waaronder stukken vislijn, een plastic zak en een stukje plastic productieafval uit de Sargassozee. De Sargassozee als geheel bevat rond de 1100 ton plastic. Onderzoek met een elektronenmicroscoop liet gaatjes in het plastic zien, waarbinnen zich bacterieachtige cellen bevonden. Het leek er alles van te hebben alsof de bacteriën het plastic wegaten. “Alsof je gloeiende kolen van een barbecue in de sneeuw gooit”, aldus Mincer[1]. De cellen smelten als het ware het plastic om hen heen weg en begraven zich dieper in het plastic.

Al eerder zijn bacteriën ontdekt die afrekenden met plastic in vuilstortplaatsen, maar dit is het eerste rechtstreekse bewijs dat zeebacteriën in zee plastic afbreken. Bacteriën kunnen verklaren waarom de hoeveelheid plasticafval gelijk blijft[2], ondanks de voortdurende toevoer van plasticafval.

Tienduizendvoudige wraak van de natuur
Toch zijn onderzoekers als Mincer er nog niet gerust op. De bacteriën kunnen namelijk als afvalproduct giftige stoffen in de voedselketen achterlaten. Plastics bevatten gifstoffen als ftalaten (een beruchte weekmaker) en absorberen ook (apolaire) organische gifstoffen uit het water, die daarna weer vrijkomen.  Ook kunnen microscopisch kleine deeltjes in cellen terecht komen en daar hun gif dumpen. Omdat wij mensen vooral grote roofvissen als tonijnen eten, betekent dat dat we een tienduizendvoudig geconcentreerde dosis gif binnen krijgen. Tonijnen eten namelijk kleinere roofvissen (e.g. makreel), die weer op bijvoorbeeld haring jagen. Haringen jagen op hun beurt op de kleinste visjes zoals sardines, die op hun beurt weer leven van zoöplankton, kleine diertjes die van algen (fytoplankton) leven. Bij elke trap wordt het gif, dat in lichaamsvet opgelost wordt, rond de factor tien geconcentreerd. In zekere zin kosmische rechtvaardigheid dus: we krijgen ons gif tienduizendvoudig terug. Kortom: geen prettig vooruitzicht voor ons, of voor zeevogels als pinguïns.

Gespecialiseerde plasticsoort verwant aan cholerabacil
Genetische analyse wijst uit dat de plasticbewonende bacteriën aanmerkelijk verschillen van de bacteriën op het omringende zeewater of drijvend zeewier (wat ook veel voorkomt in de Sargassozee) aldus microbioloog  Linda Amaral-Zettler van het Marine Biological Laboratory in het Amerikaanse Woods Hole. Ongeveer een kwart van alle bacteriën op plastic behoren tot het geslacht Vibrio, waar ook de berichte cholerabacil toe behoort. Ze kan niet vertellen of de soort ziekteverwekkend is. Hoe dan ook, zeestromen verspreiden de bacteriën over alle oceanen, zodat alle plastic zal worden afgebroken.

Natuur opmerkelijk veerkrachtig
In de plastic-leefgemeenschap vonden beide onderzoekers ook organismen met een celkern. Reden voor Amaral-Zetter om te spreken over de plastisfeer, een kunstmatige leefomgeving die onbedoeld door de mens is gecreëerd. Beide onderzoekers willen nu met hun team vaststellen welke afbraakproducten de bacteriën produceren en welke methode ze toepassen bij het afbreken van plastic. De opmerkelijke veelzijdigheid die bacteriën aan de dag leggen bij het koloniseren van nieuwe habitats is hiermee weer eens bewezen. Laat Gaia zich hier van haar vriendelijke klant zien? Want wie weet vindt de natuur ook bij andere materialen een methode om ze snel af te breken. Zo blijkt ook de massief stalen Titanic opmerkelijk snel opgegeten te worden door gespecialiseerde bacteriën. Wellicht zullen alleen keramische materialen als aardewerk veilig zijn voor de nietsontziende microben.

Bronnen
1. Marine microbes digest plastic – Nature magazine (2011)
2. Kara Lavender Law et al., Plastic Accumulation in the North Atlantic Subtropical Gyre, Science (2010)