Bakterier og Biofilm i Marine Miljøer

- In english below

Ikke nok med at forskere har identificeret plastik-nedbrydende bakterier på land, så er der også fundet flere slægter af bakterier i marine miljøer, som kan bidrage til nedbrydning af plastik. I dette blogindlæg vil vi gøre jer klogere på, hvad såkaldt biofilmdannelse er, og hvordan sammensætningen af et plastikprodukt kan gøre det til et muligt levested for bakterier i marine miljøer.

Når et stykke plastik/plastikprodukt ender i havet, kan det altså bruges som levested for diverse mikroorganismer,  heriblandt bakterier. De koloniserer på plastikstykket, hvilket kaldes biofilm-dannelse. Dette specielle levested, eller habitat, for bakterier omtales som ”Plastikfæren”.

Biofilm er en matrix som bakterierne danner - De samles i en klump sammensat af forskellige bakterielle stammer, og så hæfter de sig fast på en overflade. Herved øges bakteriernes overlevelseschancer, da de kan kommunikere med hinanden, hjælpe hinanden med at få næringsstoffer og beskytte hinanden mod potentielle farer i omgivelserne.

Biofilm kan faktisk med fordel anvendes i industrien,  blandt andet til at rense spildevand, ved at lade biofilmen optage uønskede næringsstoffer fra spildevandet, f.eks. kvælstof og fosfor, for derved at forhindre det løber ud i havet, søer eller åer. Omvendt kan biofilm også være uhensigtsmæssig, som f.eks. når det sætter sig på vores tænder og forårsager huller, bedre kendt som plak. I dette tilfælde fungerer biofilmen altså som beskyttelse af uønskede bakterier fra udefra kommende ønskede organismer og produkter som f.eks. antibiotika.

Der  kan som sagt være flere forskellige arter af bakterier i den samme biofilm. Rækkefølgen af bakterier der koloniserer et stykke plastik  afhænger af adskillige faktorer som f.eks. plastikproduktets kemiske opbygning, tilsatte farvestoffer og form. Derudover har saltindholdet i havet, temperaturen og UV-stråling også indflydelse på de forskellige bakteriers evne til fasthæftning og kolonisering.

Ved at undersøge sammensætningen af bakterier i biofilmen på plastikstykker, har man bl.a. kunnet klargøre om der er marine bakterier der kan bruge plastik som nærings- eller energikilde. Det har vist sig, at nogle bestemte former for plastik-polymerer, kan fremme koncentrationen af specifikke bakterier, i stand til netop at nedbryde disse plastik-polymere.  Bakteriefamilien Mycobacteriaceae har vist sig særlig  interessant, da en art i denne familie har vist sig i stand til, at kolonisere såkaldte ”havfruetårer” (mikroplastik-pellets), det er bl.a. disse små runde plastikkugler diverse dyr forveksler med fiskeæg, og det betyder, at M. frederiksbergense meget muligt kan bruge kemiske forbindelser i havfruetårer som energikilde.

Når man går over i de koldere miljøer, er der også en del familier der viste sig at være interessante. Forskere har nemlig isoleret bakterier fra kolde marine levesteder. En af de bakterieslægter hedder  Pseudomonas og det viser sig at nogle af disse arter har evnen til at udnytte visse former for plastikprodukter, bl.a. bionedbrydeligt plastik, som nærings- eller energikilde.

Da bakterier i de arktiske områder er vant til at skulle tilpasse sig ændringer hurtigt, mener flere forskere, at de bakterieslægter der findes i der, har tilpasset sig til at kunne nedbryde nogle former for bionedbrydeligt plastik, hvilket kan ses som en evolutionær fordel.

Hvem ved, måske den hurtige tilpasning hos disse bakterier kan være med til at hjælpe os mennesker, med at rode bod på det plastikproblem vi har skabt?

Billedmateriale: Naja Bertolt Jensen, Ivan Bandura, Sebastian Pena Lambarri og Willian Justen de Vasconcellos via unsplash.com

---

Bacteria and Biofilm in Marine Environments

Not only have researchers identified plastic-degrading bacteria on land, several genera of bacteria have also been found in marine environments that can contribute to the degradation of plastic. In this blogpost, we will make you a little  wiser on so-called Biofilm formation and how the composition of a plastic product can make it a possible habitat for bacteria in marine environments.

 

When a piece of plastic/plastic product ends up in the sea, it can be used as a habitat for various microorganisms, including bacteria. They colonize the plastic, which is called biofilm formation. This special habitat for bacteria is referred to as the "Plastic Sphere".

Biofilm is a matrix that the bacteria form - they cluster together in a lump composed of different bacterial strains and then they stick to the surface. This will increase the bacteria's chances of survival, because they can communicate, help each other get nutrients and protect each other from potential danger in the  surrounding environment. Biofilm can actually be used as an advantage in the industry, among other things to purify wastewater, by letting the biofilm absorb unwanted nutrients from the wastewater, e.g. nitrogen and phosphorus, to prevent it from leaking into lakes, streams and the sea. Conversely, biofilms may also be inappropriate, such as when they settle on our teeth and cause cavities, better known as plaque..

 

As I said, there can be several different species of bacteria in the same biofilm formation. The type of bacteria colonizing a piece of plastic depends on several factors such as the chemical structure of the specific plastic piece, e.g.  added dyes and additives during production of the plastic product. In addition, the salt content of the sea, the temperature and UV radiation also affect the ability of the various bacteria to adhere and colonize.

  

By examining the composition of bacteria in the biofilm on plastic pieces, scientists have, among other things, been able to clarify whether there are marine bacteria that can use plastic as a source of nutrition.It has been found that certain types of plastic polymers can promote the concentration of specific bacteria, capable of degrading precisely those types of plastic polymers. The bacterial family Mycobacteriaceae has proved to be particularly interesting, as one species in this family has proven capable of colonizing so-called "mermaid tears" (microplastic pellets used in the production of plastic products, which animals may confuse with fish eggs and thereby consume). It is suggested that the species M. frederiksbergense can most likely use chemical compounds in mermaid tears as an energy source.

 

In cold marine habitats, there are also some bacteria that have proven to be interesting in regards to degrading and using plastic as a nutrient or a source of energy. Scientists have found that some species of bacteria, called Pseudomonas, found in cold marine habitats, may have the ability to utilize certain types of plastic, including biodegradable plastic.

As bacteria in the Arctic are accustomed to adapting to changes quickly, several scientists  believe that some of the bacteria found in Arctic habitats have adapted to degrade different types of biodegradable plastic, which can be seen as an evolutionary advantage.

Who knows, maybe the rapid adaptation of these bacteria can assist us to root out the plastic problem we have created?