Microbiologie in hapklare porties
Bacteriële Poseidon: Oceanen beschermen tegen plastic
Oceanen zijn mysterieus. Naar schatting heeft de mens slechts 5% van de oceaan verkend. Onze acties hebben echter blijvende gevolgen, zelfs in de meest verraderlijke diepten van de oceaan. Plastic is, zoals je zou verwachten, de tegenstander. Naar verluidt zijn plastic zakken doorgedrongen tot de bodem van de Marianentrog in het westen van de Stille Oceaan, die bekend staat als de diepste, meest afgelegen oceaangeul! Plastic in de oceaan is een groot probleem: zeedieren eten het op, stikken erin of raken verstrikt in vervuilend plastic. Plastic vervuiling beïnvloedt de groei, ontwikkeling en voortplanting van zeeorganismen. De oceanen snakken dus onmiskenbaar naar adem, gevangen in een onverzettelijke wurggreep van plasticvervuiling.
Om dit verwoestende probleem te overwinnen, werken wetenschappers aan manieren om plastic afval in de oceanen af te breken, zodat het niet zo’n groot gevaar vormt voor het zeeleven. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat bepaalde micro-organismen in zee geëvolueerd zijn om plastic af te breken. Dit is echt fascinerend en zou precies de oplossing kunnen zijn die we nodig hebben! Tot nu toe heeft echter nog geen enkel onderzoek geresulteerd in een product dat plastic in de oceanen kan afbreken. In een artikel dat eerder dit jaar werd gepubliceerd, gingen Gui en collega’s op zoek naar een nieuw micro-organisme dat plastic afbreekt en mogelijk een mechanisme vindt dat kan worden omgezet in een commercieel bruikbaar bioproduct.
Voor dit onderzoek richtten de auteurs zich voornamelijk op polyurethanen (PUR), een type kunststof dat op grote schaal wordt gebruikt in de meubel-, bouw-, schoenen- en transportindustrie. Polyurethanen zijn een verontreinigende stof omdat ze in de natuur niet gemakkelijk kunnen worden afgebroken en honderden jaren kunnen meegaan. Hier gebruiken de auteurs polyurethaan in water om te zoeken naar microben die dit plastic kunnen afbreken. De auteurs haalden microben uit sedimentmonsters uit de Zuid-Chinese Zee. Ze namen deze sedimenten en smeerden ze uit op agarplaten met PUR in water. Als het sediment bacteriën bevat die PUR kunnen afbreken tot een in water oplosbare stof, verschijnt er een heldere zone rond de kolonie (Afbeelding 1). Deze in water oplosbare stoffen zijn meestal producten van plastic depolymerisatie en kunnen gemakkelijk worden afgebroken tot alcoholen, ketonen en zuren. Met deze techniek van het observeren van opruimzones kunnen de auteurs monsters identificeren die mogelijk een interessante microbe bevatten.
Enter onze bacteriële Poseidon: een nieuwe bacteriestam die de auteurs B. velezensis GUIA noemen! Deze bacterie uit de koude diepzee breekt PUR af, zowel op de agarplaten van de auteurs als in vloeibare media. Toen de auteurs deze bacterie eenmaal hadden geïdentificeerd, waren ze geïnteresseerd in het mechanisme dat de bacterie gebruikt om plastic af te breken. Als we de specifieke enzymen kennen die hierbij betrokken zijn, zijn we een stap dichter bij het maken van een product met echte toepassingen. Om het enzym in kwestie te achterhalen, namen de auteurs deze bacterie en kweekten hem met en zonder PUR. Hun idee was dat wanneer de bacterie wordt gekweekt in de aanwezigheid van plastic, hij de enzymen produceert die hij nodig heeft om dit plastic af te breken. Als we meten welke genen sterk tot expressie komen in de twee verschillende groeicondities, kunnen we bepalen welke genen nodig zijn voor de afbraak van plastic. Met deze methode ontdekten de auteurs dat stam GUIA onder andere lipasen (enzymen die vetten afbreken) en proteasen (enzymen die eiwitten afbreken) tot expressie brengt, die beide eerder in verband werden gebracht met de afbraak van PUR. Spannend genoeg vonden de auteurs echter ook een nieuw gen Oxr-1 dat nog niet eerder in verband is gebracht met de afbraak van plastic (Figuur 2A).
Oxr-1 is een oxidoreductase, wat betekent dat het de overdracht van elektronen van het ene molecuul naar het andere katalyseert. Om te bepalen of Oxr-1 het primaire enzym is dat gebruikt wordt voor de afbraak van PUR, namen ze het gen dat codeert voor dit enzym en plaatsten het in een bacterie die normaal gesproken geen plastic afbreekt. Met behulp van deze techniek vroegen ze of de aanwezigheid van Oxr-1 alleen zou kunnen leiden tot de afbraak van plastic door deze bacterie – en dat deed het! (Figuur 2B) De auteurs vonden dus niet alleen een nieuwe bacteriestam die polyurethaan kan afbreken, maar identificeerden ook een specifiek enzym dat deze afbraak kan uitvoeren!
In toekomstig werk zijn de auteurs geïnteresseerd in het verder onderzoeken van het afbraakmechanisme van Oxr-1 en het genereren van mutanten van dit enzym die een hogere afbraakefficiëntie hebben. Het ontwikkelen van een versie van Oxr-1 die zeer efficiënt is in PUR-afbraak kan leiden tot een product dat onze verstikkende oceanen kan gaan bevrijden.
Link to the original post: Gui, Z., Liu, G., Liu, X., Cai, R., Liu, R., & Sun, C. (2023). A Deep-Sea Bacterium Is Capable of Degrading Polyurethane. Microbiology Spectrum, 11(3), e00073-23. https://doi.org/10.1128/spectrum.00073-23
Featured image: created using Craiyon and Adobe Illustrator.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 