Bacterien beproeven baggerslib beter

Delta 8, 6 maart 2008, wetenschap

Bacterien beproeven baggerslib beter

Bacteri‘n zijn beter in het bepalen van de vervuiling van baggerslib dan chemisch analisten, zegt promovenda ir. Ann-Charlotte Toes van Technische Natuurwetenschappen. In de toekomst vertelt een verkleurend proefstaafje hoe zwaar de slib verontreinigd is.

baggerslip

Havenbodems zijn bij uitstek verzamelplaatsen voor zware metalen. Lozingen van zware metalen door bijvoorbeeld de industrie zijn in de afgelopen decennia door strengere milieuregels sterk teruggedrongen. Havens vormen daarop echter een uitzondering. Daar komt ondanks de milieuvoorschriften nog steeds veel koper in het water terecht door metaalhoudende scheepsverf. Ann-Charlotte Toes onderzocht baggerslib uit elf verschillende Europese kustlocaties, maar ze mag de herkomst niet bekend maken. Zo gevoelig ligt de havenspecie kennelijk.

Koperhoudende verf voorkomt aangroei van schelpdieren aan de scheepsromp en is daardoor in trek bij scheepseigenaren. Het gevolg is een gestage regen aan koperdeeltjes op de havenbodems. Het probleem van de vervuilde bodem wordt acuut als er gebaggerd moet worden om de haven op diepte te houden. In noordwest Europa komt op die manier 200 miljoen kubieke meter baggerslib vrij. En eigenlijk weet men niet zo goed wat ermee te doen. Als de vervuiling gering is, wordt het slib elders in zee gedumpt. Als het zwaar verontreinigd is, met name met zware metalen, dan wordt het havensediment op land opgeslagen en behandeld als zwaar chemisch afval. Maar eigenlijk weet men nauwelijks welke invloed deze vervuiling op het ecosysteem heeft. Om daar meer helderheid in te scheppen werd een Europees onderzoeksprogramma gestart onder de afkorting TREAD (transport, reacties, dynamica van zware metalen in baggerslib). Biotechnologe Ann-Charlotte Toes onderzocht binnen dat verband bij de afdeling environmental biology de invloed van zware metalen op bacteriën en omgekeerd.

Levende cellen hebben metalen nodig in heel kleine hoeveelheden. Grotere concentraties richten schade aan. Koper bijvoorbeeld, doet bij te hoge concentraties eiwitten in een bacterie samenklonteren, met fatale gevolgen. Koper en ook zilver gelden dan ook als prima ontsmetters, omdat veel bacteriën er niet tegen kunnen. Niettemin wemelt zelfs zwaar vervuilde baggerspecie van het bacteriële leven. In 0,1 gram kun je een miljoen verschillende soorten aantreffen. Kennelijk heeft de natuur oplossingen gevonden voor het leven tussen al dat ijzer, koper, cadmium, kobalt en zink.

“Zware metalen in het leefmilieu zijn een oud probleem in de evolutie”, vertelt Ann-Charlotte Toes. “Dat blijkt wel uit het feit dat we genen voor de koperpomp bij bacteriën vrijwel onveranderd bij de mens terugvinden.” Een zogeheten koperpomp controleert de hoeveelheid koper in een cel of bacterie, en werkt het overschot naar buiten. Soortgelijke biologische pompsystemen bestaan ook voor andere metalen, en zelfs voor antibiotica. Het is een basismechanisme voor resistentie van bacteriën.

De activiteit van een bepaald gen is af te lezen uit het aantal mRNA-kopieën van dat gen. Met andere woorden: uit een genetische analyse van baggerslib is af te lezen hoe hard bacteriën moeten werken om zich de zware metalen van het lijf te houden. Die activiteit is een biologische maat van de vervuiling.

Toes stelt dat die biologische activiteit een betere vervuilingsmaat is dan de gebruikelijke chemische bepaling van de totale hoeveelheid zware metalen. Doordat een monster opgelost wordt in zuur, komen alle metalen vrij voor analyse. Maar in de bodem zitten de meeste zware metalen gebonden. En zolang zware metalen vastzitten aan kleideeltjes of via chemische verbindingen, zijn ze biologisch niet actief en dus niet gevaarlijk voor het milieu.

“We hebben een bio-indicator voor koper ontwikkeld”, vat Toes haar dissertatie samen. De flexibele mariene Shewanella-bacterie is daar volgens haar de beste kandidaat voor. In laboratoriumtests is het aantal koperexportgenen van de Shewanella een directe maat voor de vrije hoeveelheid koper in het water. In de elf monsters uit verschillende Europese havens lag dat verband minder duidelijk. Dat ligt volgens de promovenda aan de verschillen in onder meer samenstelling, chemie, zout en zuurgraad van de monsters. Verder onderzoek is dan ook nodig om de verschillende monsters onderling vergelijkbaar te maken.

‘Effects of heavy metals on microbial diversity and bacterial resistance in marine sediments’, Ann-Charlotte Toes, promotor prof.dr. Gijs Kuenen, 6 maart 2008.

Ann-Charlotte Toes (rechts) ontvangt haar onderzoeksmateriaal aan boord van een baggerschip. Foto: Gerard Muyzer.

++

Zie ook website TU