Grants and residencies

Research

Superfood from microplastics? – Microbial degradation of microplastics and biotransformation into essential biomolecules

Application summary

Microplastics (MP) has become of greatest environmental concern since relatively high quantities of MPs has been found from ocean and lakes, however, the fate of the MP carbon in microbial and pelagic food webs at biomolecule level is still unclear. In the BIOTRANS project we focus on the biodegradation and biotransformation of the three most common plastics by using 13C-labelled materials, metabolomics, metatranscriptomic analysis and compound specific stable isotope analysis. This project will generate new approaches for studying degradation and utilization of recalcitrant compounds in the environmental systems, and has a large potential to change our understanding of the fate of MP carbon in the microbial food.

Hankkeessa selvitettiin mikromuovien hajoamisnopeutta erilaisissa suomalaisissa järvissä sekä mikromuovien biokemiallista kohtaloa hyödyntäen 13C-leimattuja materiaaleja . Mikromuovien hajoamisnopeutta verrattiin luonnon omien materiaalien hajoamiseen. Lehtimateriaalien sekä ligniinin hajoamisnopeus oli 4-10% / kk eli ne hajoavat kokonaisuudessa kahden vuoden aikana, kun huomioidaan vuodenaikaisvaihtelu. Eri mikromuovipartikkeleille saatiin vaihtelevia aikajaksoja kuitenkin niin, että alifaattiset mikromuovit kuten polyeteeni ja polypropeeni hajoavat hitaammin kuin aromaattiset mikromuovit (esimerkiksi polystyreeni). Tämä luultavasti johtuu siitä, että järvien mikrobit ovat tottuneet hajottamaan ja hyödyntämään luonnon omia aromaattisia yhdisteitä (humus). Polyeteenimikromuovien hajoamisnopeus oli 0.45% / vuosi tummissa järvissä, mutta vain 0.07% / vuosi kirkkaissa järvissä. Tämän tähden polyeteenimikromuovien hajoamiseen kokonaisuudessa tummissa järvissä menisi noin 100-200 vuotta kuin kirkkaissa järvissä 300-4000 vuotta. Tutkimuksessa ei huomioitu UV-säteilyä, jonka on arveltu olevan merkittävä tekijä edistämään mikrobiologista hajoamista. Tutkimuksen toisessa vaiheessa selvitettiin mikromuovin biokemiallista kohtaloa planktonisessa ravintoketjussa. Miksotrofiset levät, kuten nielulevät, pystyvät yhteyttämään, mutta myös hyödyntämään orgaanisia liuenneita yhdisteitä ja partikkeleita kuten bakteereita. Tutkimuksemme osoitti, että mikromuovien tukema mikrobiomi edisti nielulevien kasvua ja nielulevät pystyivät hyödyntämään tehokkaasti luonnonpolymeerien ja mikromuovien hiiltä uusien biomolekyylien rakentamisessa. Koko ravintoketjun kattama tutkimus osoitti, että nielulevät valmistivat välttämättömiä rasvahappoja ja aminohappoja bakteerien yksinkertaisista biomolekyyleistä, jotka ne olivat valmistaneet mikromuovista. Näin ollen mikromuovin hiilestä syntyi välttämättömiä biomolekyylejä, jotka siirtyivät eläinplanktonin kautta aina kaloihin asti.

Back to Grants listing