Over het algemeen duurt het tientallen jaren, tot zelfs wel eeuwen voordat plastic is afgebroken. Voor een plastic zak duurt dat ongeveer tien tot twintig jaar. Een PET-fles doet er waarschijnlijk zelfs zo’n 450 jaar over. Intussenzoeken onderzoekers naar manieren om dit proces te versnellen. Zo hebben Britse onderzoekers het enzym PETase ontwikkeld, dat PET twintig keer sneller kan ontbinden. (Nieuwe enzymcocktail breekt plastic afval zes keer zo snel af).
Onderzoekers rond Dr. Başak Öztürk van het Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in het Duitse Braunschweig hebben nu een onderzoek uitgevoerd naar de wijze waarop mariene micro-organismen biologisch afbreekbaar plastic afbreken en recyclen. Naast de groepen bacteriën die betrokken zijn bij de afbraak, legden de wetenschappers ook een potentieel mechanisme voor de afbraak van het plastic bloot.
Groot milieuprobleem door plastic
In 2017 werd wereldwijd 350 miljoen ton kunststof geproduceerd. Meer dan 70 procent hiervan is weer opgedoken als afval in de oceanen. Polybutyleen adipaat tereftalaat (PBAT) wordt vaak gebruikt om de kunststof te produceren. Het lijkt qua eigenschappen sterk op het conventionele plastic polyethyleen (LD-PE), maar is ook gemakkelijk afbreekbaar. PBAT wordt bijvoorbeeld gebruikt voor verpakkingen, vuilniszakken of in de landbouw voor mulchfolies. Hoe PBAT wordt afgebroken door micro-organismen in de bodem is al goed onderzocht. Hoe de afbraak in de zeeën plaatsvindt en of bijvoorbeeld zeebacteriën de afbraakproducten als voedselbron kunnen gebruiken, is tot nu toe echter grotendeels onduidelijk.
Samenwerking van verschillende bacteriën bij de afbraak van kunststoffen
De DSMZ-onderzoekers hebben in hun studie nu kunnen aantonen dat verschillende bacteriën uit de groepen alfa-, gamma-, flavo- en actino-bacteriën een rol spelen bij de afbraak van PBAT. “In onze experimenten vormde zich na drie dagen een biofilm op het plastic. De eerste gaten verschenen na zes dagen”, legt Dr. Ingid Meyer Cifuentes, PostDoc van het Leibniz Institute DSMZ en eerste auteur van de publicatie uit. De bacteriegemeenschap had het plastic binnen 15 tot 20 dagen afgebroken. De verschillende bacteriën gebruikten de afbraakproducten van PBAT als een koolstofbron voor hun metabolisme. In totaal hebben de bacteriën ongeveer 60 procent van de in het plastic aanwezige koolstof omgezet in CO2.
Verdere resultaten van de experimenten toonden aan dat de initiële afbraak van het plastic plaatsvindt binnen de biofilm. Het residu daarvan wordt dan weer verder afgebroken door zowel de bacteriegemeenschap van de biofilm, als door vrij zwemmende bacteriën in de directe omgeving, aldus de wetenschappers. De afbraak van het plastic is dus een synergetische prestatie.
“Het afbraakproces dat we in het laboratorium onderzoeken is waarschijnlijk iets anders dan dat in de oceaan,” zegt microbioloog en hoofd van de studie Başak Öztürk, “maar onze resultaten tonen aan dat de afbraak van plastic in het zeemilieu zeer vergelijkbaar is met die in de grond. Deze kennis kan onderzoekers helpen om op de lange termijn meer biologisch afbreekbare kunststoffen te ontwikkelen. Dit is een belangrijke stap voorwaarts in de bescherming van het milieu”.
De bevindingen van het onderzoek zijn gepubliceerd in het vaktijdschrift Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-19583-2).
Foto: Opname door een elektronenmicroscoop van gaten (zwart) in plastic veroorzaakt door bacteriële afbraak © HZI/Rohde
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
