En forskargrupp har dokumenterat ett samhälle av bakterier som bara genom samarbete kan bryta ner svåravlägsnade tillsatser i plast. Upptäckten förändrar synen på biosanering och ger hopp om billigare metoder för att bekämpa föroreningar.

På många ställen på jorden försvinner plast inte på årtionden, trots dyra försök att rena miljön.

Forskarna har identifierat mikroorganismer som endast genom gemensam insats kan bryta ner de problematiska mjukgörarna. Detta skapar helt nya perspektiv för miljöåterställning och öppnar för metoder som är både billigare och skonsam-mare mot naturen.

Forskargruppen kommer från flera institutioner, bland annat Kinesiska vetenskapsakademin. Deras arbete visar att lösningen inte finns i en superbakterie, utan i hela ekosystem av mikroorganismer som fungerar som en välkoordinerad fabrik.

Plast du inte kan se, men som finns överallt

När vi tänker på plast ser vi flaskor i floder eller påsar i träd. Men ett av de största hoten förblir osynligt: mjukgörare från ftalatgruppen, som tillsätts många material för att göra dem mjuka och elastiska.

Dessa föreningar finns i:

livsmedelsförpackningar, folie och brickor
mjuka kablar och golvbeläggningar
delar av medicinsk utrustning, som dropp och slangar
vissa leksaker och vardagliga bruksföremål
byggmaterial och kläder
kosmetika och produkter för personlig hygien

Med tiden frigörs ftalater från plasten. De tränger ner i jorden, rinner ut i vattendrag och hamnar i grundvattnet. I miljön uppför de sig extremt ihållande – vanliga jordbakterier klarar dem mycket dåligt, så dessa föreningar kan ligga kvar där i åratal.

Dessutom visar talrika undersökningar att vissa ftalater stör hormonsystemet hos djur och människor. Fler och fler länder begränsar därför deras användning i leksaker eller produkter till barn, men gammal förorening stannar kvar i miljön.

Forskare vid universitet i Europa och USA har dokumenterat att ftalater kan påverka reproduktionssystemet. Särskilt oroande är exponeringen under kritiska utvecklingsfaser hos foster och små barn.

Varför klassiska reningsmetoder misslyckas

Hittills har huvudstrategierna för borttagning av sådan förorening byggt på tung ingenjörskonst. Reningsverk använder intensiv uppvärmning, starka kemiska reagens eller avancerade membranfilter. Det fungerar, men kostar enormt.

Vid omfattande, svårtillgängliga områden – till exempel förorenade industriområden eller bottensediment – blir sådana metoder orealistiska. Det är svårt att bygga komplicerad infrastruktur där, och energiräkningen stiger explosivt.

Nya studier visar att man istället för att bekämpa naturen kan utnyttja dess egna mekanismer: specialiserade samhällen av mikroorganismer som samarbetar som ett välstämt team.

Forskarna vid Max Planck-institutet påpekar att biologiska system kan arbeta vid normala temperaturer och tryck. Det minskar energiförbrukningen drastiskt jämfört med termisk nedbrytning eller kemisk oxidation.

Bakterier som lag: konsortium istället för supermikrob

I åratal har laboratorier letat efter en extraordinärt stark bakterie som själv kunde klara nedbrytningen av komplicerade plasttillsatser. En sådan organism finns inte – enskilda arter har ett begränsat set enzymer och stannar snabbt vid något steg i reaktionen.

I det beskrivna arbetet tog forskarna från Kinesiska vetenskapsakademin en annan strategi: att bakterier i naturen nästan alltid agerar i grupp. I ekosystem bildar de täta samhällen där vissa mikrober lever på andra mikrobers produkter. Forskarna isolerade därför inte en enskild bakterie, utan ett helt konsortium – en samling av flera tätt samarbetande arter.

Varje medlem av konsortiet utför en bestämd roll i kedjan av kemiska omvandlingar. Första gruppen av mikroorganismer ”attackerar” mjukgörarmolekylen och delar den i mindre fragment. Nästa arter tar över dessa fragment och omvandlar dem till mellanliggande föreningar som ftalsyra.

Ytterligare medlemmar av laget bryter ner dessa föreningar till ännu enklare molekyler som kan gå direkt in i cellens energivägar – exempelvis pyruvat och succinat. Ingen av dessa arter kunde genomföra hela vägen ensam. All kraft ligger i arbetsfördelningen.

Forskarna jämför systemet med ett löpande band på en fabrik – bara att det istället för maskiner är enzymer som arbetar, och istället för slutprodukter uppstår oskadliga metaboliter som bakterierna använder som energikälla.

Metabolism som ett precision-urverk

Ftalater hör till estrar, alltså kemiska föreningar som inte lätt faller isär. För att bryta ner dem måste man klyva specifika bindningar. De första enzymerna i konsortiet attackerar molekylens svaga punkter och river av sidokedjor. Resultatet är bland annat ftalsyra – en förening som under många förhållanden blir en flaskhals, eftersom få organismer kan använda den.

Här kommer de nästa bakterierna in i bilden. De förfogar över ett annat set enzymer, varmed de omvandlar ftalsyra till molekyler som protocatekusyra. Följande steg är gradvis ”öppning” av den aromatiska ringen och dess omvandling till banalt enkla element som cellerna förbränner som bränsle.

Hela processen måste försiggå jämnt. Om ett steg bromsar börjar vissa mellanliggande föreningar att ansamlas och blir giftiga även för bakterierna själva. I konsortiet uppstår denna fälla inte, eftersom den andra och tredje spelaren omedelbart utnyttjar det som den första producerar.

Analyser visar att vissa medlemmar av konsortiet inte överlever alls utan grannar. De kan inte själva syntetisera alla nödvändiga komponenter, så de är beroende av det andra bakterier producerar. I gengäld erbjuder de extremt effektiva enzymer för ett snävt reaktionssteg.

Därmed blir hela samhället mer stabilt. När miljön förändras kunde en enskild art försvinna, men nätverket av beroenden gör det lättare att upprätthålla hela systemets aktivitet.

Hur kan sådana bakterier hjälpa på verkliga platser

Forskarna vill inte att deras resultat ska förbli bara en laboratorie-kuriositet. Bakteriekonsortiet kan bli grund för nya strategier för rening av jord och vatten från plasttillsatser. Man överväger två huvudriktningar:

Stimulering av lokala mikroorganismer – istället för att tillföra främmande bakterier kan man skapa förhållanden som gynnar de samhällen som redan lever på den aktuella platsen. Det kräver rätt mängd syre, näringsämnen och lämpligt pH-värde.

Införande av förberedda konsortier – på starkt förorenade punkter kan man använda en blandning av utvalda arter som tidigare testats under kontrollerade förhållanden.

En sådan strategi har flera väsentliga fördelar. Den kräver mindre energi än klassiska metoder, passar bättre in i befintliga ekosystem och begränsar risken för att skapa ytterligare oönskat avfall.

Forskare uppskattar att välavstämda konsortier kan väsentligt accelerera biosanering av mjukgörare och sänka kostnaderna för långsiktig rening av industriområden. Universitet i Holland och Tyskland arbetar redan med fältförsök.

Utmanande frågor om stabilitet, säkerhet och anpassning

Vägen till bred tillämpning av sådana lösningar är inte rak. Den naturliga miljön kan vara nyckfull – ena dagen är jorden fuktig och måttligt varm, nästa torr och kylig. Syreinnehållet förändras, mineralsammansättningen likaså, och även samhället av andra mikroorganismer som kan konkurrera om samma resurser.

Forskarteamet arbetar därför med att bättre förstå gränserna för enskilda konsorties motståndskraft mot extrema förhållanden. De utvecklar metoder för att starta sådana samhällen på nya ställen och undersöker hur de förändras över tid, och om de försvinner efter några månader.

Nödvändiga är också grundliga säkerhetsbedömningar. Införande av stora mängder främmande bakterier väcker alltid frågor: kommer de att tränga undan lokala arter? kommer de att överföra resistensgener mot antibiotika? Därför fokuserar vissa projekt på att stärka inhemska mikroorganismer istället för import av nya.

Forskare vid Danmarks tekniska universitet undersöker hur introducerade konsortier interagerar med befintliga mikrobiom i dansk jord. Resultaten ska säkerställa att metoderna inte stör naturliga ekosystem.

Framtiden för plastbekämpning ligger i mikroorganismernas nätverk

Historien om konsortiet som bryter ner ftalater räcker bortom en typ av förorening. Den visar att den största potentialen ofta ligger i relationerna mellan organismer, inte i perfekta individer.

Effektiv rening kräver förståelse av hela metaboliska nätverk, inte enskilda reaktioner. Miljöteknik kan i allt högre grad bygga på biologi och precision-styrning av mikrobiomet.

I praktiken innebär det att framtida avfallsdeponier, avloppsreningsverk eller rekultiverade industriområden kan bli testbanor för medveten formning av mikroorganismsamhällen. Istället för att bara filtrera och förbränna kommer vi att programmera biologiska team som i tysthet bryter ner det som idag verkar nästan obegripligt.

Var också uppmärksam på att ftalater bara är en av många grupper av plasttillsatser. Om det lyckas forskare bygga liknande konsortier för andra bestående föreningar uppstår en hel katalog av verktyg för arbetet med föroreningar – från mikroplast till giftiga komponenter i gamla färger eller lacker.

För konsumenten kan sådana undersökningar verka avlägsna, men på längre sikt omsätts de till mycket jordnära förhållanden: renare vatten i kranen, mindre risk för kontakt med hormonstörande ämnen och lägre räkningar för komplicerade reningssystem. För städer och kommuner betyder det billigare program för rekultivering av före detta industriområden.