Tre bakteriearter er i stand til i fællesskab at nedbryde PAE-diethylftalat, en vigtig bestanddel i plastforurening. Ingen af de tre arter kan dog alene nedbryde dette blødgøringsmiddel, hvilket også har vist sig at være en udfordring for andre plastspisende bakterier.
Plastkrisen har inspireret til en søgen efter organismer, der er i stand til sikkert at nedbryde forskellige former for kunstigt materiale, der i øjeblikket forurener jord og vand. Der er så mange forskellige typer plast i udbredt brug, at det ikke er overraskende, at nogle har vist sig at være mere modtagelige for biologisk nedbrydning end andre. Det er dog også muligt, at søgen er blevet hæmmet af et fokus på at finde en specifik bakterie, der er i stand til at bryde bindingerne i hver type plast, i stedet for at lede efter en samling, der kan udføre opgaven i fællesskab.
Dr. Christian Eberlein og kolleger ved Helmholtz-centret for miljøforskning besluttede, at i stedet for at lede efter plastspisende bakterier på ekstreme steder som hydrotermiske kilder, skulle de se, hvad der koloniserede materialerne i deres eget laboratorium. De fandt en biofilm, der voksede på polyuretanrørene i laboratoriets bioreaktor, og inkuberede en prøve, hvor de gav den PAE-diethylphthalat (DEP) som vækstmedium. DEP tilsættes mange almindelige plasttyper for at gøre dem mere fleksible, men udvaskes til miljøet og kan skade dyr, der indtager det.
I starten havde mikroberne svært ved det, men efter at teamet gentagne gange havde flyttet celler fra den ene kultur til den anden, dannede de til sidst et samfund, der kunne forbruge al DEP i prøverne inden for 24 timer, når de blev opvarmet til 30 °C.
Sekventering af DNA’et afslørede to medlemmer af slægten Pseudomonas (putida og fluorescens) samt en hidtil ukendt Microbacterium-art. Når de blev isoleret, kunne ingen af bakteriearterne fortære DEP’en på egen hånd under nogen af de betingelser, teamet afprøvede.
Forskerholdet rapporterer om beviser for, at Microbacterium nedbryder DEP til molekyler, der fungerer som næringsstoffer for de andre, en proces kendt som krydsfodring. De enzymer, bakterierne anvendte i denne proces, er ikke tidligere blevet identificeret.
Denne form for synergi mellem bakterier er blevet observeret i langvarige økosystemer, men ikke når de lever af plast, som ingen af de tre kunne være stødt på før for omkring et århundrede siden.
“Her viser vi nedbrydningen af forskellige phthalatestere (PAE’er) gennem den kooperative aktivitet af flere bakteriestammer,” sagde Eberlein i en erklæring.
Det er dog bemærkelsesværdigt, at så snart DEP-koncentrationen oversteg næsten 1 gram pr. liter, begyndte det at dræbe mikroberne i stedet for at fodre dem – en advarsel om, hvad det kan gøre ved andre, mere komplekse organismer.
Forskerteamet satte deres mikrobielle modstykker i gang med DEP, fordi det bruges som modelplast, når man studerer phthalatester-blødgørere, men de var begejstrede over at se, at den samme kombination kan tackle tre almindelige PAE’er: dimethylphthalat, dipropylphthalat og dibutylphthalat.
”Dette brede substratområde øger konsortiets potentielle værdi for bioteknologiske og miljømæssige anvendelser, da det kan nedbryde flere PAE’er, der ofte findes som blødgørere i forurenede miljøer,” skriver de.
Den hastighed, hvormed bakterier udvikler sig, har skabt en antibiotikaresistens krise, men nogle gange virker det til vores fordel. Ikke desto mindre opstod denne evne til kollektivt at nedbryde PAE’er ikke ud af ingenting.
Eberlein sagde, at det er sandsynligt, at ”de indledende reaktioner er afhængige af allerede eksisterende enzymer, der oprindeligt udviklede sig til at nedbryde naturlige molekyler, der indeholder esterbindinger. Siden da har vedvarende forurening med PAE’er i naturen formodentlig skabt et stærkt evolutionært pres, der har tvunget mikrober til at tilpasse sig og udvikle mere specialiserede enzymer, der kan nedbryde PAE’er langt mere effektivt.”
Mennesker kunne give trioen en endnu større evolutionær belønning, hvis vi finder en måde at bringe dem til steder, hvor plastforurening samler sig.
”Det næste skridt vil være at teste vores nye konsortium i faktiske spildevandsprøver, der indeholder mikroplast, for at vurdere dets evne til at fjerne PAE’er. At introducere disse bakterier i forurenede naturlige miljøer, en proces kendt som bioaugmentering, kunne potentielt hjælpe med at reducere PAE-forurening i virkelige omgivelser,” sagde dr. Hermann Heipieper.
Selv hvis det virker, er resultaterne langt fra en universel kur mod plastforurening. Forfatterne kunne ikke få bakteriesamfundet til at nedbryde polyethylen eller polypropylen, som PAE’er ofte tilsættes til, og som har ikke-esterbindinger, som ingen af disse enzymer kan bryde.
Men da PAE’er mistænkes for at være mere giftige end den plast, de udvaskes fra, ville det være en glimrende start at nedbryde dem.
På længere sigt tyder arbejdet på, at hvis vi kan finde eller genetisk manipulere evnen til at nedbryde ikke-esterbindinger, kan det stadig være nødvendigt at bakke det op med andre bakteriearter. Man kan forestille sig, at evnen til at tackle alle almindelige plastforurenende stoffer måske kræver, lad os sige, otte yderligere bakteriearter, hvilket overlader redningen af havmiljøet til en “Oceans’ Eleven”.
Studiet er offentliggjort med fri adgang i Frontiers in Microbiology.
