Insecten die plastic verteren ontdekt in Kenia

Opwindende ontdekking in de strijd tegen plasticvervuiling: larven van meelwormen die in staat zijn om polystyreen te consumeren. Dit is een belangrijke stap, want het is de eerste keer dat een insectensoort die afkomstig is uit Afrika, deze plasticsoort kan afbreken.

Polystyreen, ook wel bekend als piepschuim, is een kunststof materiaal dat veel wordt gebruikt in voedselverpakkingen, elektronica en industriële verpakkingen. Het is moeilijk af te breken en daarom zeer duurzaam. Traditionele recyclingmethoden, zoals chemische en thermische processen, zijn kostbaar en kunnen vervuiling veroorzaken. Dit was een van de redenen waarom we biologische methoden voor het beheer van deze hardnekkige afvalstoffen wilden onderzoeken.

Als lid van een team van wetenschappers van het International Centre of Insect Physiology and Ecology hebben we ontdekt dat de larven van de Keniaanse kleinere meelworm door polystyreen kunnen kauwen en bacteriën in hun darmen hebben die helpen bij het afbreken van het materiaal. Ons onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports.

De kleinere meelworm is de larvale vorm van de Alphitobius donderkever. De larvale periode duurt tussen de 8 en 10 weken. Deze meelwormen worden voornamelijk aangetroffen in pluimveehouderijen die warm zijn en een constante voedselvoorziening bieden—ideale omstandigheden voor hun groei en voortplanting.

Hoewel aangenomen wordt dat kleinere meelwormen oorspronkelijk uit Afrika komen, zijn ze in veel landen over de wereld te vinden. De soort die we in onze studie hebben geïdentificeerd, zou echter een ondersoort van het Alphitobius geslacht kunnen zijn. We voeren verder onderzoek uit om deze mogelijkheid te bevestigen.

Onze studie heeft ook de darmbacteriën van het insect onderzocht. We wilden de bacteriële gemeenschappen identificeren die mogelijk het proces van plasticafbraak ondersteunen.

Plasticvervuiling is in sommige Afrikaanse landen op kritiek hoge niveaus. Hoewel plasticafval wereldwijd een groot milieuprobleem vormt, heeft Afrika specifieke uitdagingen door de hoge import van plastic producten, een lage herbruikbaarheid en een gebrek aan recycling van deze producten.

Door deze natuurlijke “plasticeters” te bestuderen, hopen we nieuwe middelen te creëren die helpen om plastic afval sneller en efficiënter te verwijderen. In plaats van een groot aantal van deze insecten in afvallocaties vrij te laten (wat niet praktisch is), kunnen we de microben en enzymen die ze produceren in fabrieken, stortplaatsen en opruimlocaties gebruiken. Dit betekent dat plastic afval op een manier kan worden aangepakt die gemakkelijker te beheren is op grote schaal.

Belangrijkste bevindingen

We hebben een proef uitgevoerd die meer dan een maand duurde. De larven kregen ofwel alleen polystyreen, alleen zemelen (een voedingsrijke voeding) of een combinatie van polystyreen en zemelen. We ontdekten dat meelwormen op het polystyreen-zemelen dieet hogere overlevingspercentages hadden dan degenen die alleen polystyreen kregen. Daarnaast consumeerden ze polystyreen efficiënter dan degenen op een polystyreen-dieet. Dit benadrukt de voordelen van een voedingsrijke voeding voor de insecten.

Hoewel het dieet met alleen polystyreen de overleving van de meelwormen ondersteunde, hadden ze niet genoeg voeding om efficiënt polystyreen af te breken. Deze bevinding versterkte het belang van een uitgebalanceerd dieet voor de insecten om plastic optimaal te consumeren en af te breken. De insecten zouden polystyreen kunnen eten omdat het voornamelijk bestaat uit koolstof en waterstof, wat hen mogelijk een energiebron biedt.

De meelwormen op het polystyreen-zemelen dieet waren in staat om ongeveer 11,7% van het totale polystyreen gedurende de proefperiode af te breken.

Darmbacteriën

De analyse van de darm van de meelworm toonde aanzienlijke verschuivingen in de bacteriële samenstelling aan, afhankelijk van het dieet. Het begrijpen van deze verschuivingen in bacteriële samenstelling is cruciaal omdat het onthult welke microben actief betrokken zijn bij de afbraak van plastic. Dit zal ons helpen om de specifieke bacteriën en enzymen te isoleren die kunnen worden ingezet voor plasticafbraak.

In de darmen van de polystyreen-gevoede larven werden hogere niveaus van Proteobacteria en Firmicutes aangetroffen, bacteriën die zich kunnen aanpassen aan verschillende omgevingen en in staat zijn om een breed scala aan complexe stoffen af te breken. Bacteriën zoals Kluyvera, Lactococcus, Citrobacter en Klebsiella kwamen ook bijzonder veel voor en staan bekend om het produceren van enzymen die synthetische plastics kunnen afbreken. De bacteriën zijn niet schadelijk voor het insect of het milieu wanneer ze op grote schaal worden gebruikt.

De overvloed aan bacteriën geeft aan dat ze een cruciale rol spelen bij het afbreken van plastic. Dit betekent mogelijk dat meelwormen van nature niet in staat zijn om plastic te eten. In plaats daarvan kan de bacteriële samenstelling in hun darmen veranderen wanneer ze beginnen met het eten van plastic, om hen te helpen dit af te breken. De microben in de maag van de meelwormen kunnen zich aanpassen aan ongebruikelijke diëten, zoals plastic.

Deze bevindingen ondersteunen onze hypothese dat de darmen van bepaalde insecten plasticafbraak mogelijk kunnen maken. Dit komt waarschijnlijk doordat de bacteriën in hun darmen enzymen kunnen produceren die plastic polymeren afbreken.

Dit roept de mogelijkheid op om deze bacteriën en de geproduceerde enzymen te isoleren om microbiële oplossingen te creëren die plasticafval op grotere schaal aanpakken.

Wat nu?

Bepaalde insectensoorten, zoals gele meelwormen (Tenebrio molitor) en superwormen (Zophobas morio), hebben al aangetoond dat ze in staat zijn om plastics te consumeren. Ze kunnen materialen zoals polystyreen afbreken met de hulp van bacteriën in hun darmen.

Ons onderzoek is uniek omdat het zich richt op insectensoorten die in Afrika voorkomen, die niet grondig zijn bestudeerd in de context van plasticafbraak. Deze regionale focus is belangrijk omdat de insecten en de milie omstandigheden in Afrika kunnen verschillen van die in andere delen van de wereld, wat mogelijk nieuwe inzichten en praktische oplossingen voor plasticvervuiling in Afrikaanse omgevingen biedt.

De capaciteit van de Keniaanse kleinere meelworm om polystyreen te consumeren suggereert dat het een rol kan spelen in natuurlijke afvalreductie, vooral voor soorten plastic die resistent zijn tegen conventionele recyclingmethoden.

Toekomstige studies kunnen zich richten op het isoleren en identificeren van de specifieke bacteriële stammen die betrokken zijn bij polystyreenafbraak en het onderzoeken van hun enzymen. We hopen uit te zoeken of de enzymen op grote schaal kunnen worden geproduceerd voor recycling van afval.

Bovendien kunnen we andere soorten plastic verkennen om de veelzijdigheid van dit insect voor bredere afvalbeheerapplicaties te testen. Het opschalen van het gebruik van de kleinere meelwormen voor plasticafbraak zou ook strategieën vereisen om de gezondheid van de insecten te waarborgen tijdens langdurige plasticconsumptie, evenals het evalueren van de veiligheid van de resulterende insectenbiomassa voor diervoeding.