Microbiologie in hapklare porties
De “zeldzame” bewoners van het achtste continent
Charles Moore was de eerste die het “achtste continent” ontdekte op de terugweg van een bootrace. Hij vond een massa die zo breed was dat het hem 7 dagen kostte om deze over te steken en deze enorme massa was gemaakt van plastic, drijvend in de zee. Dit maakte de wetenschappelijke gemeenschap wakker en zij gaven het de naam “The Great Pacific Garbage Patch”.
Het was echter in 2010, dat Dr. Linda Amaral Zettler de gemeenschap die op dit continent leeft de plastisfeer noemde. De plastisfeer is een uiterst divers ecosysteem met fotosynthesizers, roofdieren, prooien, symbionten en parasieten. Het substraat van de plastisfeer bestaat uit microplastics (MPs), plastic afval van minder dan 5 mm groot; het wordt voornamelijk gevormd door de afbraak van grotere plastics of als bijproduct van sommige industriële processen. Omdat plastic zo lang blijft bestaan, kunnen microben in de plastisfeer over grote afstanden worden getransporteerd, waardoor ze een potentiële bron van invasieve soorten worden.
KOLONISATIE VAN DE PLASTISFEER:
De kolonisatie aan het oppervlak van deze MP’s wordt beïnvloed door iets dat het “Zobel Effect” heet. Dit houdt in dat wanneer kunststoffen in water worden ondergedompeld, zij koolstof, stikstof, zuurstof en water aantrekken, wat op zijn beurt microben aantrekt die leiden tot de vorming van een biofilm.
Er zijn drie grote stappen in de vorming van een plastisfeer:
- Microbiële binding
- Afscheiding van extracellulaire polymere stoffen (EPS): EPS zijn natuurlijke polymeren die door microben in hun omgeving worden uitgescheiden. Zij spelen een sleutelrol bij de vorming van biofilms.
- Microbiële proliferatie
Elk stuk plastic dat in de oceaan drijft “beslist” over zijn pioniersoorten op basis van fysieke eigenschappen.De pioniersgemeenschappen hebben invloed op de latere koloniserende soorten.
De pionierbacteriën bezetten het plastic oppervlak door omkeerbare hechting en vormen de eerste laag van de biofilm. Dit vermindert de hydrofobiciteit (waterafstotende eigenschap) van het MP-oppervlak. Deze pionierbacteriën scheiden ook EPS af dat de hechting van het plastic oppervlak verhoogt, waardoor verdere kolonisatie van secundaire micro-organismen mogelijk wordt.
De secundaire micro-organismen die het MP-oppervlak koloniseren, hechten zich onomkeerbaar aan het oppervlak door de vorming van pili (haarachtige structuren op het celoppervlak van prokaryote cellen, die de cel helpen zich aan oppervlakken te hechten) en adhesieproteïnen. Zij scheiden ook EPS af, dat voor nog meer aanhechtingsplaatsen op het plastic oppervlak zorgt. Uiteindelijk wordt door concurrentie en samenwerking van verschillende micro-organismen een volwassen biofilm gevormd.
De primaire biofilm wordt meestal pas na een week of minder waargenomen, terwijl de secundaire biofilm zich pas na enkele maanden vormt.
Terwijl er veel onderzoek wordt verricht om de microben van de plastisfeer, hun opvolgingspatronen en hun ecologische rol beter te begrijpen, hebben wetenschappers van de Zuid-Chinese Technische Universiteit een aantal schokkende ontdekkingen gedaan over de bacteriën die de MP’s bezetten, die ernstige gevolgen zouden kunnen hebben voor de mens.
De onderzoekers voerden de studie uit met behulp van microkosmossen (kunstmatige omgevingen die natuurlijke systemen nabootsen) om het effect van vier soorten plastic (polyethyleen, polymelkzuur, polystyreen en polyvinylchloride) op ecosystemen in rivieren te onderzoeken. De kunststoffen werden gedurende 90 dagen door ultraviolette straling verouderd en vervolgens op de zeef van de microkosmos geplaatst om de drijvende kunststoffen in de rivier voor te stellen. Rivierwater van de locatie werd continu in de microkosmossen gepompt om een verse watertoevoer te handhaven, en de microkosmosstudie werd gedurende 90 dagen uitgevoerd. De onderzoekers gebruikten een op tijdreeksen gebaseerde bemonsteringsstrategie om de lange termijn dynamiek van de gemeenschappen van micro-organismen die de plastisfeer bewonen te onderzoeken.
Beeldbron: https://www.whoi.edu/oceanus/feature/behold-the-plastisphere/
In dit onderzoek ontdekten de wetenschappers dat de rijkdom en diversiteit van zeldzame taxa dramatisch hoger was dan die van overvloedige taxa. Voorheen werden zeldzame microbiële taxa beschouwd als groepen met een lage bedreiging vanwege hun geringe overvloed in ecosystemen. Zij werden geacht een beperkte ecologische betekenis te hebben omdat zij niet algemeen werden waargenomen en verondersteld werden een minimale invloed te hebben op de dynamiek van het ecosysteem. In de plastisfeer speelden de zeldzame taxa echter cruciale rollen bij het vormgeven van complexe en stabiele microbiële interacties door sleutelrollen in microbiële netwerken in te nemen. Zeldzame ecosystemen, bekend als “zaadbanken”, kunnen dienen als reservoirs voor micro-organismen die het vermogen hebben te reageren op veranderingen in hun omgeving en in gunstige omstandigheden dominant worden. Deze micro-organismen, die in geringe hoeveelheden aanwezig zijn, kunnen fungeren als een bron van diversiteit en veerkracht binnen ecosystemen, aangezien zij unieke aanpassingen kunnen hebben waardoor zij onder specifieke omstandigheden kunnen gedijen. Wanneer zich milieuveranderingen voordoen, kunnen deze zeldzame micro-organismen talrijker worden en een sleutelrol spelen bij het aansturen van ecologische reacties op de veranderende omstandigheden, waardoor zij de algemene structuur en functie van het ecosysteem kunnen beïnvloeden.
Voor de mens heeft dit gevolgen in vele sectoren. Een mogelijk gevolg zijn nieuwe ziekte-uitbraken die risico’s kunnen inhouden voor de menselijke gezondheid en de veestapel, en die de landbouwpraktijken en de voedselproductie kunnen verstoren. Ook antibioticaresistentie is een punt van zorg. Sommige zeldzame microben kunnen genen bezitten die antibioticaresistentie verlenen, die via horizontale genoverdracht op andere micro-organismen kan worden overgedragen. Als deze zeldzame microben talrijk worden, kunnen zij mogelijk antibioticaresistentiegenen verspreiden naar andere micro-organismen in het milieu, waaronder schadelijke ziekteverwekkers. Dit kan het wereldwijde probleem van antibioticaresistentie verergeren, waardoor het moeilijker wordt infecties bij mens en dier te behandelen. Verstoring van industriële processen is een ander punt van zorg. Sommige zeldzame microben worden gebruikt in verschillende industriële processen, zoals afvalwaterbehandeling, fermentatie voor de productie van voedsel en dranken, en de productie van biobrandstoffen. Als deze zeldzame microben talrijk worden, kan dit deze industriële processen verstoren, wat tot economische en operationele problemen kan leiden.
Het nieuwe inzicht in de ecologische betekenis van zeldzame microben stelt eerdere veronderstellingen ter discussie en benadrukt de complexe rol die zij in ecosystemen spelen. Hoewel zij in hun zeldzame staat kunnen bijdragen tot de veerkracht van ecosystemen, kan hun overvloed ook aanzienlijke gevolgen hebben, variërend van milieuverstoring tot antibioticaresistentie. Verder onderzoek en een zorgvuldige afweging van de mogelijke gevolgen van de overvloed aan zeldzame microben zijn nodig voor een gefundeerde besluitvorming en een duurzaam beheer van ecosystemen.
Link to the original post:
Deciphering the distinct successional patterns and potential roles of abundant and rare microbial taxa of urban riverine plastisphere. Minghan Zhu , Xin Qi , Yibo Yuan , Heyang Zhou , Xufa Rong , Zhi Dang , Hua Yin doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131080
Featured image: https://www.whoi.edu/oceanus/feature/behold-the-plastisphere/
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 