 |
Had je ooit gedacht dat microorganismen je auto van brandstof zouden voorzien? De bio-ethanol die we tanken, kan gemaakt worden via microbiële fermentatie, waarbij suiker wordt omgezet in een hernieuwbare brandstof. Dit is misschien niet zo vreemd, als je weet dat fossiele brandstoffen voornamelijk van microalgen afkomstig zijn. En over fossiele brandstoffen gesproken, wist je dat microorganismen ons ook helpen bij het opruimen van olielozingen? Leer meer over wat de milieuhelden voor ons kunnen betekenen. |
|||
| Bacteriën | Cyanobacteriën | Diatomeeën | Mycobacteriën | |
Vervuiling is de ‘grootste existentiële bedreiging’ voor de mens en doodt elk jaar 9 miljoen mensen, wat neerkomt op ongeveer 15% van alle sterfgevallen wereldwijd. De welvaartsverliezen als gevolg van vervuiling worden geschat op 4,6 biljoen dollar per jaar en klassieke saneringen zijn vaak gebaseerd op methoden zoals uitgraven en opbergen buiten het terrein, waarvan de kosten alleen in Europa worden geschat op meer dan 6,5 miljard euro per jaar. Micro-organismen worden beschouwd als kosteneffectieve alternatieve benaderingen voor de verontreiniging die al dan niet verband houdt met planten (zogenaamde microbieel geassisteerde fytoremediatie). Daarom is bioremediatie een belangrijke strategie geworden om verontreinigde locaties te herstellen.
Bacteriën en schimmels kunnen talloze verontreinigende stoffen afbreken, zoals pesticiden, herbiciden, aromatische en alifatische koolwaterstoffen, wasmiddelen, producten voor persoonlijke verzorging en medicijnen. Dit komt door de meervoudige productie van oxidatieve enzymen en andere moleculen in hun metabolisme. Sommige micro-organismen die specifiek uit vervuilde bodems worden geïsoleerd, hebben een bijzonder sterk vermogen ontwikkeld om verontreinigende stoffen af te breken. Ze omvatten bacteriën en schimmels, maar ook algen die tegenwoordig worden gebruikt voor het opruimen van veel vervuilde locaties op het land en in het water.
Bacteriën
Shewanella oneidensis (LMG 19005T)
Shewanella oneidensis is een bacterie ontdekt in de meren van New York. Terwijl de meeste levensvormen (inclusief wij) zuurstof gebruiken om energie te krijgen, S. oneidensis “ademt” metaalmoleculen zoals onder andere mangaan, lood en ijzer. Hiervoor komen veel van deze bacteriën samen en hechten zich aan het oppervlak van rotsen die metalen bevatten. Vervolgens laten ze lange filamenten vrij, nanodraden genaamd, die ze gebruiken om rechtstreeks verbinding te maken met het metaal. Op die manier brengen de microben elektronen vanuit hun lichaam over naar metaalmoleculen, en deze elektrische stroom houdt hen in leven. SomsS. oneidensis bacteriën doen het tegenovergestelde en halen elektronen uit dergelijke metalen, zodat ze letterlijk van elektriciteit leven.
Oceanicaulis stylophorae (LMG 2723T)
We zijn dagelijks afhankelijk van chemische stoffen en laten een spoor van milieuvervuiling achter terwijl de chemicaliën zich ophopen. Lindaan, een insecticide dat na de Tweede Wereldoorlog in de landbouw werd gebruikt, heeft aanzienlijk bijgedragen aan de milieuvervuiling en brengt risico's met zich mee voor de menselijke gezondheid, waaronder kanker en het centrale zenuwstelsel.
Maak kennis met Oceanicaulis stylophorae (LMG 2723T), een bacterie geïsoleerd uit de demosponge Hymeniacidon perlevis die het vermogen heeft om lindaan af te breken. We kunnen de kracht van deze bacterie gebruiken via een proces dat bioremediatie wordt genoemd, waarbij we de kracht van microben kunnen benutten om de vervuiling te verminderen en het milieu schoon te maken!
Aliivibrio fischeri (LMG 26186)
Aliivibrio fischeri (voorheen Vibrio fischeri ), vernoemd naar Bernhard Fischer, een Duitse bacterioloog, is een Gram-negatieve, staafvormige, geflageleerde, niet- pathogene bacterie, alom verspreid in subtropische en gematigde mariene omgevingen. Deze bioluminescerende soort wordt vaak aangetroffen in de lichtorganen van verschillende mariene organismen, zoals de Hawaiiaanse kortstaartinktvis. Deze bacteriën zenden blauw licht uit (λ = 490 nm) via een chemische reactie die bekend staat als bioluminescentie, waarbij de oxidatie van een molecuul genaamd luciferine betrokken is in de aanwezigheid van het enzym luciferase. Het licht dat door deze reactie wordt geproduceerd, heeft verschillende functies voor het gastheerorganisme, zoals camouflage, het aantrekken van prooien en communicatie. In de symbiotische relatie tussen Aliivibrio fischeri en de Hawaiiaanse kortstaartinktvis koloniseren de bacteriën het lichtorgaan van de inktvis en produceren ze licht als reactie op signalen uit de omgeving, zoals veranderingen in het omgevingslichtniveau. Hierdoor kan de inktvis zijn lichaamshelderheid afstemmen op het omringende water en voorkomen dat hij door roofdieren wordt opgemerkt. Een industriële toepassing van Aliivibrio fischeri is de bioluminescentie-remmingstest, die vaak wordt gebruikt om de ecotoxiciteit van verschillende milieuverontreinigende stoffen, waaronder chemicaliën, zware metalen en andere giftige stoffen, te beoordelen. In deze tests wordt de toxiciteit van een stof gemeten aan de hand van het vermogen ervan om het licht te remmen dat wordt geproduceerd door bioluminescente bacteriën.
Veel voorkomende toepassingen zijn de kwaliteitsmonitoring van zoet-, zee-, brak- en drinkwater. Naast het vermogen om snel de toxiciteit te meten, heeft de bioluminescentie-remmingstest verschillende andere voordelen. Het is niet-invasief, omdat er geen testorganismen voor hoeven te worden opgeofferd, en het is zeer gevoelig, waardoor het bruikbaar is voor het detecteren van zelfs lage niveaus van toxiciteit. Bovendien is het eenvoudig uit te voeren en te automatiseren, waardoor het ideaal is voor grootschalige onderzoeken.
BCCM/LMG biedt de gevriesdroogde bacteriestam LMG 26186 aan in verschillende volumes en formaten, samen met een rehydratatieoplossing, volgens de ISO 11348-3-norm
Cyanobacteriën
Cyanobacteriën zijn naar voren gekomen als waardevolle spelers op het gebied van bioremediatie. Hun natuurlijke talent voor fotosynthese stelt hen in staat zonlicht en koolstofdioxide om te zetten in energie en organisch materiaal. Ze kunnen dus worden ingezet om CO2-rijke omgevingen te helpen opruimen. Ze hebben ook het potentieel getoond om verschillende verontreinigende stoffen, zoals zware metalen, uit water en bodem te verwijderen, door dergelijke verbindingen te absorberen en de verspreiding ervan te voorkomen. Cyanobacteriën kunnen ook bijdragen aan de vermindering van overtollige voedingsstoffen, zoals stikstof en fosfor, in waterlichamen via een proces dat nutriëntenassimilatie wordt genoemd. Het vermogen van cyanobacteriën om te fotosynthetiseren, metalen te accumuleren en voedingsstoffen te assimileren, maakt ze daarom tot waardevolle kandidaten voor bioremediatie-inspanningen.
Diatomeeën en andere microalgen
Nitzschia palea (DCG 0751)
Vervuiling van water met zware metalen en organisch afval uit bijvoorbeeld de industrie en de landbouw is een gevaar voor onze diverse ecosystemen en voor onze eigen gezondheid. Een overvloed aan deze zware metalen, zoals cadmium, lood en mangaan in ons water, leidt tot de ophoping van deze potentieel giftige metalen in de hele voedselketen. De huidige waterbehandelingstechnieken zijn echter vaak duur en onderhoudsintensief. Diatomeeën en andere microalgen bieden een oplossing voor dit probleem. Sommige microalgen groeien zeer snel in voedselrijk (afval)water en kunnen tot 10% van hun totale biomassa aan zware metalen in hun cellen opnemen. Op deze manier kunnen na het verwijderen van de microalgen de potentieel schadelijke effecten van de zware metalen worden verzacht. Deze vorm van bioaccumulatie kan een kosteneffectief en milieuvriendelijk alternatief zijn voor de huidige technologieën om de hoeveelheid zware metalen in onze voedselketen te verminderen.
Diatom mediated heavy metal remediation: A review. Marella et al., Bioresource Technology (2020).
Desmodesmus armatus (DCG 1000)
Grootschalige landbouwactiviteiten zoals de vleesproductie en het daarmee gepaard gaande onderhoud van vee leiden tot grote hoeveelheden organisch afval. Dit, naast de groei en het transport van voer voor dit vee, vergroot de groeiende druk op onze planeet vanwege de grote ecologische voetafdruk. Het organische afval kan worden behandeld met anaerobe vergisting, maar er blijft dan een zeer stikstofrijk digestaat over als bijproduct. Het gebruik ervan als meststof zou het probleem van de overbemesting van de bodem alleen maar vergroten, evenals de stikstofvervuiling van het grondwater die met de velden gepaard gaat. Desmodesmus armatus en Chlorella vulgaris hebben bewezen efficiënt te groeien op papiergefilterd digestaat. Hoewel de geoogste biomassa van deze microalgen groeit op basis van een teveel aan voedingsstoffen, kan ze een levensvatbaar, goedkoop alternatief zijn voor veevoer, waardoor de ecologische voetafdruk en de vervuiling van deze landbouwactiviteiten worden verkleind.
Mycobacteriën
Mycobacterium vanbaalenii
Er is een nieuwe groep helden in de stad, en ze heten mycobacteriën! Deze milieukampioenen beschikken over een ongelooflijke superkracht: bioremediatie. Gewapend met dit buitengewone vermogen kunnen mycobacteriën binnendringen en de dag redden als het gaat om het opruimen van vervuilde omgevingen. Of het nu gaat om olierampen, chemische verontreinigende stoffen of giftig afval, deze machtige mycobacteriën hebben de kracht om allerlei soorten milieuvervuiling af te breken en te verslinden. Met hun gespecialiseerde enzymen en metabolische tovenarij zetten ze gevaarlijke stoffen om in onschadelijke bijproducten.
Bodem verontreinigd met polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) met een hoog molecuulgewicht (HMW) heeft een lage biologische beschikbaarheid. Behandeling met Mycobacterium vanbaalenii PYR-1 kan leiden tot een afname van 15% in HMW-PAK's, waardoor een betere ontkieming van bermudagrass- of switchgrass-zaden mogelijk is.
