En gruppe forskere har beskrevet et samfund af bakterier, der først ved at arbejde sammen kan nedbryde svært fjernelige tilsætningsstoffer i plastik. Opdagelsen ændrer synet på bioremediering og giver håb om billigere metoder til bekæmpelse af forurening.
Mange steder på Jorden forsvinder plastik ikke i årtier, selv med dyre forsøg på at rense miljøet.
Forskerne har identificeret mikroorganismer, der kun gennem fælles indsats kan nedbryde de problematiske plastificeringsmidler. Dette giver helt nye perspektiver for miljørensning og åbner for metoder, der er både billigere og skånsommere over for naturen.
Forskergruppen kommer fra flere institutioner, herunder Det Kinesiske Videnskabsakademi. Deres arbejde viser, at løsningen ikke ligger i én superbakterie, men i hele økosystemer af mikroorganismer, der fungerer som en velkoordineret fabrik.
Plastik du ikke kan se, men som findes overalt
Når vi tænker på plastik, ser vi flasker i floder eller poser i træer. Men en af de største trusler forbliver usynlig: plastificeringsmidler fra phtalatgruppen, der tilsættes mange materialer for at gøre dem bløde og elastiske.
Disse forbindelser findes i:
- fødevareemballage, folie og bakker
- bløde kabler og gulvbelægninger
- dele af medicinsk udstyr, som drop og slanger
- visse legetøj og daglige brugsgenstande
- byggematerialer og beklædning
- kosmetik og personlige plejeprodukter
Med tiden frigives phtalater fra plastikken. De trænger ned i jorden, løber ud i åer og ender i grundvandet. I miljøet opfører de sig ekstremt vedholdende – almindelige jordbakterier klarer dem meget dårligt, så disse forbindelser kan ligge der i årevis.
Desuden viser talrige undersøgelser, at visse phtalater forstyrrer hormonsystemet hos dyr og mennesker. Flere og flere lande begrænser derfor deres brug i legetøj eller produkter til børn, men gammel forurening bliver i miljøet.
Forskere ved universiteter i Europa og USA har dokumenteret, at phtalater kan påvirke reproduktionssystemet. Særligt bekymrende er eksponeringen i kritiske udviklingsfaser hos fostre og små børn.
Hvorfor klassiske rensemetoder svigter
Hidtil har hovedstrategierne til fjernelse af sådan forurening bygget på tungt ingeniørarbejde. Renseanlæg bruger intensiv opvarmning, stærke kemiske reagenser eller avancerede membranfiltre. Det virker, men koster enormt.
Ved udstrakte, vanskeligt tilgængelige områder – for eksempel forurenede industriarealer eller bundsedimenter – bliver sådanne metoder urealistiske. Det er svært at bygge kompliceret infrastruktur der, og energiregningen stiger eksplosivt.
Nye studier viser, at man i stedet for at bekæmpe naturen kan udnytte dens egne mekanismer: specialiserede samfund af mikroorganismer, der samarbejder som et velafstemt team.
Forskerne ved Max Planck-instituttet påpeger, at biologiske systemer kan arbejde ved normale temperaturer og tryk. Det reducerer energiforbruget drastisk sammenlignet med termisk nedbrydning eller kemisk oxidation.
Bakterier som hold: konsortium i stedet for supermikrobe
I årevis har laboratorier ledt efter én ekstraordinært stærk bakterie, der selv kunne klare nedbrydningen af komplicerede plasttilsætningsstoffer. En sådan organisme findes reelt ikke – enkelte arter har et begrænset sæt enzymer og stopper hurtigt på et eller andet trin i reaktionen.
I det beskrevne arbejde tog forskerne fra Det Kinesiske Videnskabsakademi en anden tilgang: at bakterier i naturen næsten altid handler i gruppe. I økosystemer danner de tætte samfund, hvor nogle mikrober lever af andre mikrobers produkter. Forskerne isolerede derfor ikke en enkelt bakterie, men et helt konsortium – en samling af flere tæt samarbejdende arter.
Hvert medlem af konsortiet udfører en bestemt rolle i kæden af kemiske omdannelser. Første gruppe af mikroorganismer “angriber” plastificeringsmolekylet og deler det i mindre fragmenter. Næste arter overtager disse fragmenter og omdanner dem til mellemliggende forbindelser som phthalsyre.
Yderligere medlemmer af holdet bryder disse forbindelser ned til endnu simplere molekyler, der kan gå direkte ind i cellens energiveје – eksempelvis pyruvat og succinat. Ingen af disse arter kunne gennemføre hele vejen alene. Al kraften ligger i arbejdsdelingen.
Forskerne sammenligner systemet med et samlebånd på en fabrik – bare at det i stedet for maskiner er enzymer, der arbejder, og i stedet for slutprodukter opstår uskadelige metabolitter, som bakterierne bruger som energikilde.
Metabolisme som et præcist urværk
Phtalater hører til estere, altså kemiske forbindelser, der ikke let falder fra hinanden. For at nedbryde dem skal man klippe specifikke bindinger. De første enzymer i konsortiet angriber molekylets svage punkter og river sidekæder af. Resultatet er blandt andet phthalsyre – en forbindelse, der under mange forhold bliver en flaskehals, fordi få organismer kan bruge den.
Her kommer de næste bakterier i spil. De råder over et andet sæt enzymer, hvormed de omdanner phthalsyre til molekyler som protocatechusyre. Følgende trin er gradvis “åbning” af den aromatiske ring og dens omdannelse til banalt simple elementer, som cellerne forbrænder som brændstof.
Hele processen skal forløbe jævnt. Hvis ét trin bremser, begynder visse mellemliggende forbindelser at ophobes og bliver giftige også for bakterierne selv. I konsortiet opstår denne fælde ikke, fordi den anden og tredje spiller straks udnytter det, som den første producerer.
Analyser viser, at nogle medlemmer af konsortiet slet ikke overlever uden naboer. De kan ikke selv syntetisere alle nødvendige komponenter, så de er afhængige af det, andre bakterier producerer. Til gengæld tilbyder de ekstremt effektive enzymer til ét snævert reaktionstrin.
Dermed bliver hele samfundet mere stabilt. Når miljøet ændrer sig, kunne en enkelt art forsvinde, men netværket af afhængigheder gør det lettere at opretholde hele systemets aktivitet.
Hvordan kan sådanne bakterier hjælpe på rigtige lokaliteter
Forskerne ønsker ikke, at deres resultater skal forblive blot en laboratorie-kuriositet. Bakteriekonsortiet kan blive grundlag for nye strategier til rensning af jord og vand for plasttilsætningsstoffer. Man overvejer to hovedretninger:
Stimulering af lokale mikroorganismer – i stedet for at tilføje fremmede bakterier kan man skabe forhold, der favoriserer de samfund, som allerede lever det pågældende sted. Det kræver rigtig mængde ilt, næringsstoffer og passende pH-værdi.
Indførelse af forberedte konsortier – på stærkt forurenede punkter kan man anvende en blanding af udvalgte arter, som tidligere er testet under kontrollerede forhold.
Sådan en tilgang har flere væsentlige fordele. Den kræver mindre energi end klassiske metoder, passer bedre ind i eksisterende økosystemer og begrænser risikoen for at skabe yderligere uønsket affald.
Forskere anslår, at velafstemt konsortier kan væsentligt accelerere bioremediering af plastificeringsmidler og sænke omkostningerne ved langsigtet rensning af industriområder. Universiteter i Holland og Tyskland arbejder allerede på feltforsøg.
Udfordrende spørgsmål om stabilitet, sikkerhed og tilpasning
Vejen til bred anvendelse af sådanne løsninger er ikke lige. Det naturlige miljø kan være lunefuldt – én dag er jorden fugtig og moderat varm, den næste tør og kølig. Iltindholdet ændrer sig, mineralsammensætningen ligeså, og også samfundet af andre mikroorganismer, der kan konkurrere om de samme ressourcer.
Forskerholdet arbejder derfor på at bedre forstå grænserne for enkelte konsortiers modstandsdygtighed mod ekstreme forhold. De udvikler metoder til at starte sådanne samfund på nye steder og undersøger, hvordan de ændrer sig over tid, og om de forsvinder efter få måneder.
Nødvendige er også grundige sikkerhedsvurderinger. Indførelse af store mængder fremmede bakterier rejser altid spørgsmål: vil de fortrænge lokale arter? vil de overføre resistensgener mod antibiotika? Derfor fokuserer nogle projekter på at styrke hjemmehørende mikroorganismer i stedet for import af nye.
Forskere ved Technical University of Denmark undersøger, hvordan introducerede konsortier interagerer med eksisterende mikrobiomet i dansk jord. Resultaterne skal sikre, at metoderne ikke forstyrrer naturlige økosystemer.
Fremtiden for plastikbekæmpelse ligger i mikroorganismernes netværk
Historien om konsortiet, der nedbryder phtalater, rækker ud over én type forurening. Den viser, at det største potentiale ofte ligger i relationerne mellem organismer, ikke i perfekte individer.
Effektiv rensning kræver forståelse af hele metaboliske netværk, ikke enkelte reaktioner. Miljøteknik kan i stigende grad bygge på biologi og præcis styring af mikrobiomet.
I praksis betyder det, at fremtidige affaldsdepoter, spildevandsanlæg eller rekultiverede industriområder kan blive testbaner for bevidst formning af mikroorganismesamfund. I stedet for kun at filtrere og forbrænde vil vi programmere biologiske teams, der i stilhed nedbryder det, som i dag virker næsten uforståeligt.
Vær også opmærksom på, at phtalater kun er én af mange grupper af plasttilsætningsstoffer. Hvis det lykkes forskere at bygge lignende konsortier for andre holdbare forbindelser, opstår et helt katalog af værktøjer til arbejdet med forurening – fra mikroplastik til giftige komponenter i gamle malinger eller lakker.
For forbrugeren kan sådanne undersøgelser virke fjerne, men på længere sigt omsættes de til meget jordnære forhold: renere vand i hanen, mindre risiko for kontakt med hormonforstyrrende stoffer og lavere regninger for komplicerede rensesystemer. For byer og kommuner betyder det billigere programmer til rekultivering af tidligere industriområder.
