Ô nhiễm nhựa ở các đại dương trên thế giới là một vấn đề môi trường nghiêm trọng. Các nghiên cứu cho thấy có khoảng 1 đến 2 triệu tấn nhựa xâm nhập vào đại dương mỗi năm. Các mảnh vụn là mối đe dọa đáng kể đối với sinh vật biển. Động vật thường ăn phải đồ nhựa, nhầm tưởng là thức ăn và có nguy cơ vướng phải, có thể dẫn đến thương tích và tử vong. Nhựa cũng thải các hóa chất độc hại vào nước, gây thêm rủi ro cho sinh vật biển và con người tiêu thụ hải sản. Ô nhiễm nhựa có ảnh hưởng lan rộng và lâu dài đến hệ sinh thái biển. Những mảnh vụn như vậy có thể tồn tại hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn năm, phân hủy thành các hạt vi nhựa và nhựa nano, đồng thời làm ô nhiễm nước, trầm tích và sinh vật biển - là mối đe dọa độc hại lâu dài đối với sự cân bằng sinh thái, đa dạng sinh học và sức khỏe của đại dương.
Tiến sĩ Annika Vaksmaa là một nhà vi trùng học tập trung vào các vấn đề môi trường quan trọng như khí thải mêtan và ô nhiễm nhựa đại dương. Hiện tại, cô đang nghiên cứu các vi khuẩn phân hủy nhựa trong môi trường biển tại Viện Nghiên cứu Biển Hoàng gia Hà Lan (NIOZ, Texel, Hà Lan) trong nhóm của Helge Niemann. Tiến sĩ Vaksmaa chuyên về nấm biển phân hủy polyme nhựa và áp dụng vào công việc nuôi cấy, phương pháp phân tử và làm việc với các đồng vị ổn định.
Tiến sĩ Vaksmaa là tác giả chính của bài báo ISME gần đây, "Sự phân hủy và đồng hóa polyetylen bởi nấm men biển Rhodotorula mucilaginosa." Trong đó, bà lưu ý rằng “hầu hết lượng nhựa thải ra đại dương kể từ những năm 1950 đều không được tính đến”, với “ước tính hiện tại về tổng lượng nhựa trên bề mặt đại dương chỉ chiếm chưa đến 1% ước tính”. lượng nhựa từng được thải ra biển. Do đó, một cơ chế chìm chưa xác định dường như đã loại bỏ các mảnh vụn nhựa có thể phát hiện được khỏi bề mặt đại dương."
Bài báo trình bày chi tiết một nghiên cứu của các nhà nghiên cứu cho thấy nấm men biển Rhodotorula mucilaginosa có thể phân hủy và đồng hóa polyetylen được xử lý bằng tia cực tím.
Hình 1: Kết quả thử nghiệm phân hủy polyetylen với R. mucilaginosa. Sự phát triển các giá trị δ13C-CO2 trong quá trình ủ với 13C-polyethylene (PE) là nguồn carbon duy nhất đã được xử lý bằng tia cực tím (+UV) trước đó và không có (-UV) với R. mucilaginosa (RM) và với 13C-polyethylene (PE) ) bằng phương pháp xử lý bằng tia cực tím trước đó mà không có R. mucilaginosa. Sự gia tăng mạnh mẽ về δ13C-CO2 trong quá trình ủ với R. mucilaginosa cung cấp bằng chứng cho quá trình khoáng hóa 13C có nguồn gốc từ polyetylen. B CO2 trong khoảng trống phía trên (15 mL) của quá trình ủ. Tất cả dữ liệu được hiển thị dưới dạng trung bình ± độ lệch chuẩn (n = 3). C, D Hình ảnh hiển vi của R. mucilaginosa được nhuộm bằng màu cam acridine và hiển thị với độ phóng đại × 100, tế bào C R. mucilaginosa phát triển trong môi trường dựa trên sucrose (đối chứng), tế bào D R. mucilaginosa của xét nghiệm ủ với polyetylen chưa được xử lý làm nguồn carbon duy nhất . Các tế bào được gắn vào các hạt polyetylen và tạo thành các tập hợp dày đặc với các hạt polyetylen. Thanh tỷ lệ bằng 5 µm.
Bằng cách sử dụng các thử nghiệm truy tìm đồng vị ổn định với polyetylen có nhãn 13C, các nhà nghiên cứu đã đo tốc độ phân hủy sinh học và theo dõi sự kết hợp của cacbon có nguồn gốc từ nhựa vào từng tế bào của nấm men biển. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng R. mucilaginosa đã chứng minh được tiềm năng khoáng hóa và đồng hóa carbon từ nhựa. Điều này cho thấy sự phân hủy nhựa do nấm gây ra có thể là nguyên nhân quan trọng gây ra rác polyetylen trong môi trường biển.
Điều thú vị là, trong khi nghiên cứu sử dụng nhiều công nghệ đo lường khác nhau, phân tích Khối phổ ion thứ cấp (NanoSIMS) có quy mô Nano đã cung cấp những hiểu biết quan trọng.
Phân tích đó được thực hiện trên CAMECA NanoSIMS 50L tại Đại học Utrecht bởi Michiel Kienhuis, Trợ lý Nghiên cứu và Giáo dục, và Tiến sĩ Lubos Polerecky, Trợ lý Giáo sư.
Hình 2: Hình ảnh NanoSIMS của tế bào R. mucilaginosa. Hình ảnh điện tử thứ cấp của các tế bào R. mucilaginosa trong môi trường (Kiểm soát), tế bào B R. mucilaginosa với các tế bào 13C-polyethylene (-UV), C R. mucilaginosa chưa được xử lý với 13C-polyethylene (+UV) được xử lý bằng tia cực tím. Giá trị 13F tương ứng của tế bào R. mucilaginosa được trình bày trên bảng D–F. Sự kết hợp cao nhất của nhãn 13C được tìm thấy trong các tế bào R. mucilaginosa với 13C-polyethylene được xử lý bằng tia cực tím như được mô tả bằng màu sắc ấm áp trong bảng F.
Khả năng phân tích nâng cao của NanoSIMS "cho phép theo dõi số phận của carbon có nguồn gốc từ nhựa trong hệ sinh thái biển", cho phép các nhà nghiên cứu hình dung quá trình đồng hóa carbon có nguồn gốc từ nhựa vào từng tế bào của R. mucilaginosa với độ phân giải ở quy mô nanomet và cung cấp những hiểu biết sâu sắc chưa từng có. Nhóm nghiên cứu đã "truy tìm cacbon có nguồn gốc từ polyetylen từ nguồn polyme đến sản phẩm oxy hóa cuối cùng là CO2 và đo tốc độ khoáng hóa polyetylen với độ nhạy chưa từng có" - khi phân tích NanoSIMS cho thấy vai trò của nấm và tính không đồng nhất trong sự hấp thu của từng tế bào.
Kết quả: "bằng chứng rõ ràng rằng nấm Rhodotorula mucilaginosa sử dụng carbon có nguồn gốc từ polyethylene để kết hợp tế bào và thu năng lượng."
Các nhà nghiên cứu còn phát hiện thêm rằng "khả năng R. mucilaginosa sử dụng carbon có nguồn gốc từ nhựa khi có mặt các chất nền carbon năng lượng cao khác cũng chỉ ra rằng sự phân hủy nhựa do nấm thực sự có thể diễn ra trong môi trường tự nhiên.
Vì nấm vẫn chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng, mặc dù chúng hiện diện rộng rãi trong đại dương, nên nghiên cứu này góp phần nâng cao hiểu biết về quá trình phân hủy nhựa – và vai trò tiềm năng của chúng như là cơ chế chìm tự nhiên.
Hơn nữa, nghiên cứu cũng nhấn mạnh giá trị của NanoSIMS như một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu sâu hơn về tương tác của vi sinh vật với mảnh vụn nhựa trong môi trường biển - nhằm giải quyết tốt hơn vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và đang diễn ra ở các đại dương trên thế giới.
Lưu ý – Máy quang phổ khối ion thứ cấp cấp Nano (NanoSIMS) mới nhất của CAMECA là NanoSIMS-HR , như hình trên.
Để biết chi tiết và dữ liệu nghiên cứu đầy đủ, hãy xem bài viết " Sự phân hủy và đồng hóa polyetylen bởi nấm men biển Rhodotorula mucilaginosa " của Annika Vaksmaa, Lubos Polerecky, Nina Dombrowski, Michiel VM Kienhuis, Ilsa Posthuma, Jan Gerritse, Teun Boekhout và Helge Niemann tại Truyền thông ISME, https://doi.org/10.1038/
