Microbiologie in hapklare porties
Microben, wormen en plastic
Ben je vandaag naar de supermarkt gegaan? Overwegend dat je ook hebt betaald voor de verpakking, hoeveel plastic heb je gekocht?
Heb je onlangs een product gekocht dat je niet nodig had, maar dat je wel heel graag wilde hebben? Hoeveel plastic zat er in het materiaal waarvan dit product is gemaakt?
Wist je dat plastic organische polymeren zijn, en toch niet gemakkelijk kunnen worden afgebroken door hun grotere duurzaamheid?
Als laatste, weet je wat piepschuim is? Weet je nog die meeneem lunch dozen en die super lichte witte blokken die bij de verpakking van apparatuur zitten. Piepschuim is gemaakt van polystyreen, een extreem duurzame plastic.
Plasticvervuiling is een gevoelig onderwerp van discussie onder het publiek, milieuwetenschappers, de media en consumptiegoederen bedrijven. Ondertussen hebben wetenschappers ontdekt dat plastic kan worden afgebroken door microben die zich in de darmen van wormen bevinden.
Waarom insecten?
Insecten kunnen plastics eten. Ze kunnen met behulp van hun pootjes plastic tot kleinere stukjes afbreken. Wanneer deze stukjes de darm van het insect bereiken, worden ze verder afgebroken door de aanwezige microben. Uit verschillende onderzoeken blijkt dat een worms darmbacteriën polyetheen en polystyreen kunnen eten en daarop kunnen overleven. Een groot probleem bij deze studies is dat de onderzoekers zich hebben gefocust op bacteriën die uit de darmen van een worm kunnen worden geïsoleerd en onder laboratoriumomstandigheden kunnen worden gekweekt. Een recente studie werpt een licht op zelfs de bacteriën die moeilijk in een laboratorium kunnen worden gekweekt. Deze studie was gericht op superwormen, de larven van kevers.
De wetenschappers hielden drie groepen superwormen: de eerste groep kreeg polystyreen te eten, de tweede tarwezemelen (het normale voer voor superwormen), en de derde groep kreeg niets te eten. Je zou je kunnen afvragen: “Wat is het nut van een groep die niets te eten kreeg? Deze groep werd gebruikt om na te gaan of de wormen genoeg energie uit polystyreen haalden om te overleven. En wat vonden ze? De tarwezemelengroep kwam in de loop van 30 dagen meer aan dan de andere twee groepen. De polystyreen-groep kwam wat aan vergeleken met de verhongerde groep. Dit betekent dat polystyreen niet de beste voedselbron is voor de wormen, ook al hebben de wetenschappers gezien dat de wormen zich een weg kauwen door nauwe gaatjes te maken in de polystyreenblokken (zie de figuur hieronder).
Hoe breken microben het polystyreen af?
‘Polystyreen’ betekent een polymeer van styreen (een groot molecuul gemaakt van meerdere sytreen moleculen). Polystyreen kan worden afgebroken tot kleine styreen moleculen. Fun fact – styreen is een organisch molecuul dat in planten en schimmels gevonden kan worden. Dat betekent echter niet dat het veilig is om te consumeren. Niet alles wat organisch is, is onschadelijk.
Planten en bacteriën hebben een ingewikkelde relatie, waarbij microben gebruik maken van een groot aantal door planten geleverde metabolieten, waarvan styreen er één is. Dezelfde relatie geldt voor schimmels en bacteriën. Dit betekent dat deze kleinere, in de natuur voorkomende styreenmoleculen door bacteriën als voedselbron kunnen worden gebruikt. Maar er zit een addertje onder het gras! Hoewel bekend is dat polystyreen door veel door microben geproduceerde enzymen kan worden afgebroken tot styreen, is er heel weinig bekend over hoe deze enzymen deze route mogelijk maken. Styreen kan op verschillende manieren tot nog kleinere moleculen worden afgebroken, onder andere door oxygenatie van de vinylzijketen. Styreenmono-oxidase is een cruciaal enzym in deze route en dit enzym kan door veel bacteriën worden geproduceerd. Maar wat zijn deze bacteriën?
Wetenschappers vonden bewijs dat de darmmicrobiota van wormen die polystyreen te eten kregen, bacteriën herbergden die gespecialiseerd zijn in het afbreken van polystyreen, zoals Brevundimonas, Microbacterium, Pseudomonas, Sphingobacterium en Streptococcus spp. Deze bacteriën waren in grotere hoeveelheden aanwezig in de darm van wormen die polystyreen te eten kregen dan in die van wormen die tarwezemelen te eten kregen en in die van wormen die honger leden. Pseudomonas zijn bijzonder interessante bacteriën, omdat bekend is dat zij energie winnen door zich met polystyreen te voeden.
De afbraak van polystyreen is een complex proces en niet alle bij dit proces betrokken genen zijn bekend. Maar in deze studie vonden de wetenschappers genen die coderen voor styreenmono-oxidase in de meta-genoomsequenties van de groep met polystyreen gevoede wormen. Bij nader onderzoek werd duidelijk dat deze genen sequenties hebben die lijken op die welke worden aangetroffen in styreen-transportroutes in Pseudomonas putida.
Welk effect heeft polystyreen op de gezondheid van deze wormen?
Efficiënte afbraak van polystyreen door de gezamenlijke inspanningen van wormen en bacteriën is een veelbelovende stap in de aanpak van plastic afval. Toch is het voeden met piepschuim zeker niet goed voor de wormen. Nadat wormen piepschuim hadden gegeten, namen ze marginaal in gewicht toe in vergelijking met wormen die honger leden. Gewichtstoename/-verlies betekent echter niet noodzakelijk een slechte gezondheidstoestand. Er zijn andere manieren om de gezondheidstoestand van wormen na blootstelling aan plastic kwalitatief te meten. Wetenschappers observeerden de voortplantingscyclus van deze wormen na het voeden met piepschuim. Wormen gaan over in poppen en poppen groeien uit tot volwassen insecten. Zij ontdekten dat de tijd die de poppen nodig hadden om volwassen te worden, aanzienlijk langer was dan bij wormen die met tarwezemelen werden gevoed.
Wat betekent dit experiment voor het terugdringen van de plasticvervuiling?
Voor de korte termijn planning om plastic afval te verminderen, kan het gebruik van wormen en hun darmbacteriën voor de afbraak van plastic afval een efficiënt proces zijn. Op lange termijn kan dit idee echter al dan niet standhouden, afhankelijk van het effect van de blootstelling aan plastic op de nakomelingen van de wormen. Daarom is dit idee op dit moment nuttig om het bestaande plastic afval aan te pakken, maar vermindering van het gebruik van plastic is nog steeds de beste oplossing om de gevolgen van plasticvervuiling in de nabije toekomst te verzachten.
Link to the original post: Sun, J., Prabhu, A., Aroney, S. T. N., Rinke, C. Insights into plastic biodegradation: community composition and functional capabilities of the superworm (Zophobas morio) microbiome in styrofoam feeding trials. Microbial Genomics. 8 (6).
Featured image: created by the author
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 