Volg Duurzaamnieuws op Google News | Discover | of als voorkeursbron op Google
Maar liefst zesenzestig diersoorten blijken enzymen te hebben voor een taak die lang alleen aan microben werd toegeschreven. Daarmee krijgt de route van opgeslagen microbiële koolstof naar dieren een onverwacht nieuw hoofdstuk.
Een met plastic vervuilde zeebodem. Foto: iStock – Andriy Nekrasov
Bioplastic klinkt als een moderne uitvinding voor verpakkingen, implantaten en landbouw, maar de natuur werkt er al honderden miljoenen jaren mee. Microben leggen koolstof vast in polyhydroxyalkanoaten, kortweg PHA’s: energiereserves die zich gedragen als een natuurlijk plastic. De aanleiding voor het nieuwe onderzoek was een piepkleine, darmloze zeeworm, Olavius algarvensis, die in de Middellandse Zee voor zijn voeding samenleeft met bacteriën. Wat die worm precies met de reserves van zijn symbionten kan doen, bleek een stuk interessanter dan gedacht.
Microbieel bioplastic is veel ouder dan onze verpakkingen
Bacteriën en archaea maken PHA’s wanneer er meer koolstof beschikbaar is dan ze meteen kunnen gebruiken. Ze slaan die voorraad op in hun cellen, een beetje zoals wij vet opslaan voor later. In bodems, rivier- en zeebodems en ander waterig milieu komen zulke natuurlijke reserves dan ook wereldwijd voor.
PHA’s behoren tot de weinige natuurlijke plastics die volledig biologisch afbreekbaar zijn. Tot nu toe lag de nadruk vooral op de microben die ze maken en weer afbreken. Het team van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie vond dat dieren ook toegang hebben tot die voorraad.
Een worm zonder mond heeft toch een energievoorraad
Kleine wormen in een petrischaal naast een muntstuk ter schaalvergelijking. Beeld: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie.
Olavius algarvensis is maar 2 cm lang en leeft heel bijzonder. De zeeworm heeft geen mond, darm of uitscheidingssysteem meer en is voor voeding en afvalverwerking volledig afhankelijk geworden van bacteriën onder zijn huid.
Die dikke laag symbionten geeft de worm zijn witte kleur. Een van die bacteriesoorten propt zijn cellen vol met PHA’s, en de worm verteert vervolgens zijn eigen bacteriële huisgenoten om voedingsstoffen binnen te krijgen.
“We wilden weten of de worm een manier had ontwikkeld om bij deze rijke energievoorraad te komen.”
Nicole Dubilier, directeur bij het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie
Caroline Zeidler en collega’s vonden een enzym waarmee de worm PHA in kleinere moleculen knipt die een dier kan gebruiken. Beelden met hoge resolutie lieten bovendien zien dat het enzym precies wordt gemaakt op de plek waar de worm zijn bacteriële partners verteert.
Dezelfde truc duikt op in negen diergroepen
In genomen van 66 diersoorten, verdeeld over negen grote diergroepen, vonden de onderzoekers verwante enzymen. Het gaat om dieren die evolutionair behoorlijk ver van elkaar afstaan.
- sponzen uit het water;
- regenwormen uit de bodem;
- springstaarten, kleine bodemdieren die vaak tussen bladeren en humus leven.
Laboratoriumproeven bevestigden dat enzymen van een spons, een regenworm en een springstaart microbiële PHA’s daadwerkelijk kunnen afbreken. De enzymen bleken ook echt te werken.
Zeidler, eerste auteur van het onderzoek bij het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie, noemt vooral die brede verspreiding verrassend. Dieren uit heel verschillende takken van de stamboom delen een vermogen waarvan biologen dachten dat het voorbehouden was aan micro-organismen.
Van fermentatietank naar meststofkorrel
De industrie maakt PHA op een vergelijkbare manier als de natuur. Bacteriën groeien in grote fermentatietanks op koolstofrijke grondstoffen zoals suikers, zetmeel of plantaardige oliën, waarna producenten de opgeslagen polymeren uit de cellen halen.
Van dat materiaal kun je waterbestendige verpakkingen en hygiëneproducten maken. Ook zijn er wondverbanden, systemen die medicijnen geleidelijk afgeven en oplosbare hechtingen of implantaten die in het lichaam langzaam verdwijnen.
In de landbouw kunnen meststoffen in PHA-korrels zitten. De korrel breekt geleidelijk af en geeft onderweg zijn inhoud vrij, wat vooral handig kan zijn als je voeding voor planten niet in één keer wilt laten wegspoelen.
Goed om te weten
PHA-plastics vormen nog maar een klein deel van de bioplasticsmarkt. De belangstelling groeit wel, omdat ze zowel biogebaseerd als biologisch afbreekbaar zijn.
Dieren blijken een extra route in de koolstofkringloop
De studie verandert hoe we naar de koolstofkringloop kijken. Koolstof die microben tijdelijk in PHA opslaan, kan via dieren verder het voedselweb in gaan, in zee én op het land.
Hoe vaak dat in natuurlijke ecosystemen gebeurt en hoeveel koolstof er wereldwijd langs deze route stroomt, weten biologen nog niet. Maggie Sogin, werkzaam bij de afdeling Molecular Cell Biology van de University of California, Merced en co-leider van het werk, stelt dat dieren waarschijnlijk al honderden miljoenen jaren van deze microbiële reserves eten.
De volgende stap is meten hoeveel PHA dieren in bodems, sedimenten en water daadwerkelijk verwerken, en of dat ook iets zegt over de afbraak van industriële PHA-materialen in dezelfde omgevingen.
