Gaat de natuur ons een handje helpen om plastic afval op te ruimen?

De larven van de meeltor eten piepschuim, de bacterie Ideonella sakaiensis verorbert pet en het zou Nioz-onderzoeker Helge Niemann niet verbazen als er ook micro-organismen van de plastic soep in de oceanen smullen. "Micro-organismen kunnen zich goed hechten op de kleinste stukjes in zee, het microplastic. En chemisch gezien is het verschil tussen sommige plastics en natuurlijke oliën of wassen niet zo heel groot. Ze hoeven dus geen drastische veranderingen te ondergaan om ze als voedingsbodem te gebruiken."

Niemann kreeg onlangs van Europa twee miljoen euro om het echt uit te zoeken: eten micro-organismen uit de zee plastic? En zo ja: hoe en hoe snel? In zijn laboratorium zijn de eerste flessen met zeewater gevuld waaraan nauwkeurig afgewogen plastic wordt toegevoegd. Geen normaal afval, maar speciaal plastic. Van de meest voorkomende soorten plastic heeft Niemann varianten laten maken die een bijzondere vorm van koolstof bevatten, de isotoop C13. Niemann kan het element volgen in tijd en wil er zo achter komen of micro-organismen het plastic gebruiken als energiebron en als bouwsteen voor eigen eiwitten en vetten.

450 jaar wachten

Hard bewijs dat er plastic soep verdwijnt door micro-organismen ontbreekt nog, vertelt Niemann. Maar in de oceanen is bijna 99 procent van al het plastic dat er ooit in belandde 'zoek' (zie ook kader). En juist de kleinste, behapbare deeltjes, lijken verdwenen. Afbraak door micro-organismen kan dus een rol spelen.

Maar anderen zijn sceptisch, juist omdat de synthetische materialen eeuwig meegaan. Een achteloos weggegooid plastic pet-flesje doet er in de natuur naar schatting 450 jaar over om te verweren. Eerst verschijnen er kleine breuklijnen aan het oppervlak doordat zonlicht, temperatuurswisselingen, weer en wind het materiaal aantasten. Die groeien uit tot scheuren en langzaam maar zeker verbrokkelt het plastic. Uiteindelijk zullen de brokstukjes door de abiotische afbraak zo klein zijn geworden dat micro-organismen de laatste restjes kunnen opruimen.

Toch ontdekten Japanse biologen twee jaar geleden een bacterie die pet binnen zes weken wegwerkt. Het gaat om de bacterie Ideonella sakaiensis gevonden in een van de honderd bodemmonsters die de onderzoekers namen rondom een pet-recyclefabriek. De bacterie blijkt twee enzymen uit te scheiden die met behulp van wat water pet opknippen in de oorspronkelijke uitgangsstoffen (ethyleenglycol en tereftaalzuur). Die stoffen neemt de bacterie op en gebruikt ze als voeding. De ontdekking leverde de Japanners een publicatie op in wetenschapsblad Science, want nog niet eerder was een organisme ontdekt dat pet snoept.

En de afgelopen jaren zijn nog meer plastic-eters ontdekt. Zo is er een piepschuim-etende meelmot, een rups die zich door boodschappentasjes vreet en schimmels die groeien op pur. Bijzonder aan al deze organismen is dat ze het plastic echt verteren - binnen maanden of weken, maar soms zelfs binnen dagen. Ze gebruiken het als bron voor het maken van eigen eiwitten of koolhydraten. Het plastic wordt zo biomassa en gaat helemaal op in de natuur. Het lukt deze organismen zelfs om te overleven als het plastic hun enige bron is van koolstof - een basiselement voor ieder levend wezen.

Wasmot

De tasjes-etende rups is geen exotisch dier. Het gaat om de rups van de wasmot, een nachtvlinder die ook in België voorkomt en ook vaak als visaas wordt gekweekt en gebruikt. Een Spaanse imker meldde dat de rupsen zich in drie kwartier door plastic zakken heen eten. Waarna onderzoekers zagen dat honderd rupsen tezamen binnen twaalf uur een fors deel van een zak verorberen: zo'n dun, lichtgewicht hemdzakje dat je lange tijd gratis op de markt meekreeg.

Dat de rupsen het plastic niet simpelweg inslikken en uitpoepen, bewezen de onderzoekers door rupsen te pletten en de smurrie over een plastic tas uit te smeren: ook dan verdwijnt er plastic.

Dat juist de rups van de wasmot plastic eet, is niet verwonderlijk. De mot legt haar eitjes in bijenwas. Vaak in raten in de opslag, maar ook in bijenkorven. Zodra de rupsen uit hun ei kruipen, beginnen ze van de was te eten. En bijenwas lijkt chemisch gezien op het materiaal waarvan plastic zakken worden gemaakt (polyethyleen en polypropeen). Zowel bijenwas als het plastic bestaat uit lange waterafstotende moleculen met vooral koolstofatomen in de keten.

Het is overigens nog onduidelijk of de rups zelf de enzymen produceert om het plastic af te breken of bacteriën in haar darmen. Het verantwoordelijke enzym is nog niet gevonden. De rups zal in ieder geval bijdragen door het fijnkauwen van het plastic wat de stukjes toegankelijker maakt. Een Chinees-Amerikaanse onderzoeksgroep onderzocht ook larven van de meeltor die piepschuim (polystyreen) eten. Daar blijken het de darmbacteriën te zijn die het plastic aanvallen. Erg voedzaam blijkt het piepschuim overigens niet, de larven overleven op een menu van de luchtige bolletjes, maar groeien nauwelijks.

De meest gedetailleerde kennis is er over de Japanse pet-etende bacterie. Het enzym dat de eerste knip zet, is gevonden en pet-ase gedoopt. Het enzym blijkt verwant aan enzymen die vetten of cutine opbreken. Cutine is het wasachtige toplaagje op bladeren. Amerikaanse en Engelse biochemici slaagden er in het enzym met twee kleine veranderingen nog sneller te laten werken. "Het enzym is nog niet geperfectioneerd door de natuur", concludeert hoogleraar John McGeehan in een publicatie dit voorjaar in wetenschapsblad PNAS. Hij hoopt dat een geoptimaliseerd enzym goedkope industriële recycling van pet mogelijk maakt. In een bioreactor breekt het enzym afval-pet dan af tot de grondstoffen, die worden gezuiverd en gloednieuwe pet-flesjes kunnen opleveren.

_{Lees verder onder de foto.}

Evolutie

Zien we nu de eerste signalen van evolutie van micro-organismen tot plastic-eters? Past de natuur zich aan aan de mens die overal plastic verspreidt? Of is de 70 jaar dat we kunststoffen gebruiken daarvoor überhaupt veel te kort? Arjan de Visser, hoogleraar evolutiebiologie in Wageningen, durft er geen uitspraak over te doen. "Je kunt betrouwbare voorspellingen doen over de snelheid van evolutie, maar dan moet je wel weten hoe groot de benodigde verandering is. Moet de bacterie een nieuw enzym verwerven of heeft het al een enzym in huis dat geschikt kan zijn. En hoeveel mutaties zijn er dan nodig voor een goed werkend pet-ase? En hoeveel andere enzymen zijn er bij het afbraakproces betrokken die aanpassing vergen?"

Hoe kleiner namelijk de benodigde veranderingen, hoe groter de kans dat ze plaatsvinden. Maar juist bij micro-organismen kan het snel gaan. Een bodembacterie zorgt elke dag voor een nieuwe generatie met toevallige veranderingen, E. coli deelt zelfs elk half uur. Ook het bereikte voordeel telt mee in hoe kansrijk een mutant is, leert De Visser. "Het kunnen benutten van een extra voedingsbron lijkt een evident voordeel, maar vaak is er een trade-off. Dan groeit een micro-organisme met een nieuwe eigenschap bijvoorbeeld minder snel en kan het voordeel weer verdwijnen. "

De antwoorden op de vragen van De Visser zijn er echter nog niet. Niemann: "Het onderzoek naar plastic-etende micro-organismen en hun enzymen staat nog echt in de kinderschoenen." Elke voorspelling over de toekomstige helpende hand van micro-organismen bij het plastic ruimen, is dus nog een slag in de lucht.

Plastic bonen

Bovendien komen deze eerste resultaten uit het laboratorium, niet uit de koude zee of een plek waar bacteriën de keuze hebben. Honger maakt plastic bonen zoet? De Duitse milieumicrobioloog Dietmar Schlosser tempert hoge verwachtingen: "Er is veel aandacht voor de gevonden plastic-etende organismen, maar dat zijn waarschijnlijk de uitzonderingen. Ze zeggen weinig over wat er in de echte natuur plaatsvindt." Hij vindt het gevonden pet-ase opvallend, maar pet is waarschijnlijk ook het makkelijkst verteerbare plastic voor micro-organismen. En, vervolgt hij, op de rupsenstudie is methodologisch kritiek geuit. Niemann vindt het 'gekibbel'. "Ja, het was overtuigender geweest als die rupsen C13-plastic hadden gegeten en dat koolstof teruggevonden was in hun eiwitten. We weten nog lang niet alles, maar helder is wel, en daar is iedereen het over eens, dat er micro-organismen bestaan die plastic kunnen eten."

Maar moeten we eigenlijk wel blij zijn met plastic-etende micro-organismen in de vrije natuur? Opgeruimd staat netjes zou je zeggen. En dat geldt zeker als alle beestjes het plastic helemaal oppeuzelen en in biomassa omzetten. Maar het lijkt aannemelijker dat ze niet alle plasticsoorten of alle brokstukken even lekker zullen vinden. Zo kunnen er bouwstenen van plastics vrijkomen en daar zijn berucht giftige stoffen bij zoals styreen en isocyanaat. Bovendien komen bij de afbraak ook plasticadditieven zoals weekmakers en vlamvertragers vrij waarvan een aantal geen beste reputatie heeft.

Misschien is een dikke laag ongeschonden plastic op de oceaanbodem toch nog milieuvriendelijker? Niemann: "Het kan zijn dat plasticafbraak in zee het milieu ook schade toebrengt. Maar ik geloof dat het op de lange termijn toch helpt. Er is al gewaarschuwd dat er in 2050 meer stukken plastic drijven in de oceanen dan dat er vissen rondzwemmen. De zeeën lijken nu een vuilnisbak die vol raakt. We moeten ons echt inspannen om te voorkomen dat er plastic in zee terechtkomt. En als micro-organismen een handje helpen door plastic op te eten, denk ik dat we daarmee geholpen zijn."

99 procent van het plastic in zee is zoek

Het is een knagende vraag in de wetenschap: waar blijft het plastic dat de zeeën en oceanen instroomt? Want 99 procent van dat plastic raakt nu 'zoek'. Sinds de opmars van plastic rond 1950 is er volgens schattingen een slordige 150 miljard kilo naar zee gedreven. En ook dit jaar komt daar opnieuw zo'n 8 miljard kilo bij. In de oceanen drijft echter 'maar' 250 miljoen kilo plastic. Rara, waar is al het plastic?

Zeker is dat er plastic aanspoelt op kusten, maar hoeveel daarvan wordt er opgeruimd? Ook zitten er helaas vele kilo's in magen van watervogels en vissen. En een onbekende hoeveelheid is naar de diepzee weggedwarreld. Op camerabeelden van een robotonderzeeër die bij Groenland voer, zagen onderzoekers ook op drie kilometer diepte regelmatig een plastic zak voorbijdrijven.

"Waar je ook zoekt in de oceanen, je komt altijd plastic tegen", benadrukt oceanograaf en klimaatwetenschapper Erik van Sebille van de Universiteit Utrecht. "Maar hoe het plastic zich verspreidt en waar het uiteindelijk belandt, is compleet onduidelijk."

Van Sebille bouwt daarom aan een groot simulatiemodel. Het houdt rekening met oceaanstromen, het aanspoelen en wegzinken van plastic en verbrokkeling door golfslag, zonlicht en hitte. "Er zijn inmiddels enorm veel data beschikbaar van metingen wereldwijd in zeeën en oceanen, in de diepzee, op zeebodems en aan de kust, maar het totaaloverzicht ontbreekt. Wij willen de massa-balans sluiten. Want als je weet waar het plastic is, kun je de beste oplossingen selecteren."