Plastföroreningar rubbar jordens mikrobiologi
I naturen finns mikroorganismer som producerar enzymer – små proteiner – som kan bryta ned plast. Ny forskning från Chalmers tekniska högskola visar att områden med stora mängder plastföroreningar också har en ökad mängd nedbrytande enzymer. De nya resultaten bygger på DNA-analyser från både land och hav och visar hur plasten påverkar den globala mikrobiologin. Men den nya kunskapen kan också bidra till nya innovativa lösningar.
Produktionen av plast har exploderat under de senaste 70 åren – från omkring två miljoner ton per år till nästan 380 miljoner. Det har bidragit till att plastföroreningar idag är ett stort globalt problem. Sedan plastmaterialen introducerades har olika bakterier svarat evolutionärt på föroreningarna genom att utveckla enzymer som kan bryta ner olika sorters plast.
I den nya studien, som nyligen publicerades i den vetenskapliga tidskriften mBIO, analyserade forskarna så kallade ’environmental-DNA’ prov från hundratals platser jorden runt. De använde datamodellering för att söka efter mikrobiella enzymer med potential att bryta ned plast. Förekomsten av dessa enzymer jämfördes också med officiella uppgifter om plastförorening av land- och havsområden.
– Med hjälp av våra modeller hittade vi flera bevis för att förmågan att bryta ned plast hos den globala uppsättningen av mikroorganismer, mikrobiomet, kan sättas i relation till uppmätta nivåer av plastföroreningar i miljön. Det visar väldigt tydligt hur miljön reagerar på det vi utsätter den för, säger Aleksej Zelezniak, docent i systembiologi vid Chalmers.
Med andra ord ökar mängden och mångfalden av plastnedbrytande enzymer som ett direkt svar på höga nivåer av plastföroreningar. Totalt hittade man över 30 000 enzymhomologer som kan bryta ned tio olika sorters vanlig plast. Homologer innebär proteinsekvenser som har likartade egenskaper. Några av de geografiska platser där man hittade flest och störst mängd enzymer var områden man vet är utsatta för stora mängder plastföroreningar, till exempel Medelhavet och södra Stilla havet.
– För närvarande vet vi väldigt lite om dessa plastnedbrytande enzymer och vi förväntade oss inte att hitta ett så stort antal i så många olika miljöer. Det här är en överraskande upptäckt som verkligen visar på omfattningen av problemet, förklarar Jan Zrimec, försteförfattare till studien och tidigare postdoktor i Aleksej Zelezniaks grupp, nu forskare vid National Institute of Biology i Slovenien.
Varje år hamnar ungefär åtta miljoner ton plast i världshaven och den naturliga nedbrytningen går mycket långsamt. Till exempel kan en PET-flaskas livslängd vara hundratals år och ackumulerade plastföroreningar i hav och på land är ett globalt problem som behöver nya lösningar. Forskarna tror att deras resultat skulle kunna användas för att upptäcka och modifiera enzymer för nya återvinningsprocesser.
– Nästa steg är att testa de mest lovande enzymerna i ett laboratorium för att undersöka deras egenskaper och hur effektivt de kan bryta ned plast. Sedan kan man modifiera speciella mikroorganismer för att de snabbare ska kunna bryta ner olika typer av plastmolekyler i naturen, säger Aleksej Zelezniak.
Artikeln, Plastic-Degrading Potential across the Global Microbiome Correlates with Recent Pollution Trends, är publicerad i tidskriften mBio. Den skrevs av Jan Zrimec, Mariia Kokina, Sara Jonasson, Francisco Zorrilla och Aleksej Zelezniak.