sensitivitet van Penicillium chrysogenum en Arthrographis spp. in de aanwezigheid van polyaminopolyfosfonaten

Lien Delbecke
Persbericht

sensitivitet van Penicillium chrysogenum en Arthrographis spp. in de aanwezigheid van polyaminopolyfosfonaten

Hoe witter mijn T-shirt, hoe meer algen in de rivier?
 
Wanneer we tijdens een mooie zomerdag aan het kanovaren zijn, gebeurt het wel eens dat ons bootje gevangen zit tussen vieze vuile groene slierten, algen genaamd.  Hoogstwaarschijnlijk, terwijl we aan het twijfelen zijn of we uit onze kano zouden  stappen om het gedrocht wat verder te slepen of we zouden kiezen om droog te blijven en dubbele spierkracht op onze peddel te steken, zijn we niet aan het denken hoe deze algen er gekomen zijn.
Met dit artikel gaan we daar net even bij stilstaan en gaan we op zoek hoe we u een fantastische boottocht zonder algen kunnen garanderen.

Ongetwijfeld is één van de oorzaken  van de algengroei het gebruik van fosfonaten.
Fosfonaten zijn organische componenten die één of meerdere C-PO(OH)2 groepen bezitten. Een grote eigenschap van fosfonaten is dat ze een grote stabiliteit hebben bij hoge temperaturen zo ook bij hoge en lage pH. Inhibitie van kristalgroei en kalkaanslag staat evenzeer op hun naamkaartje vermeld.  Ze worden dienovereenkomstig in heel wat verschillende gebieden toegepast.  Ze worden o.a. gebruikt in waspoeders en afwasmiddelen,  in de pulp – en papierindustrie, waar ze vooral als ontkalkers en bleekmiddelen worden gehanteerd. Ook  in de medische wereld zijn ze welkom als dragers voor radionucleiden tijdens de behandeling van botkanker. In sommige landen worden ze zelf in geringe mate aan het drinkwater toegevoegd omdat ze binden met de Ca2+ en Mg2+ ionen die zich in het water bevinden, en zo neerslag (vastzetting van de Ca2+ en Mg2+  ionen)  aan de buizen voorkomen. De veelzijdige functie van fosfaten staat dus vast, jaarlijks worden er wereldwijd tonnen van gebruikt waarvan een groot deel na gebruik rechtstreeks of onrechtstreeks in de natuur komen.  Aanvankelijk dacht men dat deze fosfonaten niet zo schadelijk waren, maar uit onderzoek blijkt nu dat deze organische stoffen heel moeilijk afbreekbaar zijn.  Enerzijds doordat ze zich heel sterk aan oppervlakten binden en anderzijds omdat ze een koolstof-fosfor binding bevatten die heel moeilijk te doorklieven is door de bacteriën en schimmels die zich in het milieu bevinden.  Juist omdat fosfonaten heel moeilijk afbreekbaar zijn blijven ze zich maar ophopen in het milieu en wordt het heel moeilijk om ze in natuurlijke omgevingen te verwijderen.
Over de toxiciteit is nog weinig gekend, en is het dus ook moeilijk om deze groep te classificeren.  Wel kan er gesteld worden dat sommige fosfonaten een geringe tot verwaarloosbare toxiciteit hebben aangezien ze in de medische wereld worden gebruikt en eveneens aan het drinkwater worden toegevoegd.
Een overmaat van fosfonaten in het milieu heeft als negatief effect dat ze een sterke plantengroei ( algengroei ) teweegbrengt waardoor het biologisch evenwicht wordt verstoord.

Fosfonaten bezitten fosfor, dit is een chemische component die bacteriën en schimmels in een geringe hoeveelheid nodig hebben om krachtig door het leven te gaan.  In ons ecosysteem zijn bacteriën en schimmels in staat om in een geringe fosfonaatconcentratie het fosfaat af te breken en die te gebruiken als een fosforbron.
Milieus zoals actief slib, sedimenten en bodems van waterlopen en- bekkens zijn gekenmerkt als een reservoir voor fosfonaten en zijn dus karakteristiek voor de aanwezigheid van fosfor waardoor maar een heel kleine biodegradatie verwacht kan worden.

Tijdens dit onderzoek werden polyaminopolyfosfonaten gebruikt.  Deze zijn gekenmerkt door de hoge potentie om zich te binden aan metalen door de aanwezigheid van de aminogroep.  Onze bodem is rijk aan metalen (vb. Fe3+, Al 3+,… ) waardoor er een grote mogelijkheid ontstaat dat de fosfonaten gaan binden aan deze metalen, waardoor ze nog moeilijker uit het milieu te verwijderen zijn.

Het doel van dit onderzoek was om fosfonaten door twee verschillende soorten schimmels nl.  Penicillium chrysogenum en Arthrogaphis spp. te laten afbreken.
Schimmels vind je overal, in de lucht in het water, in de bodem,… De soorten schimmels die voorkomen in de bodem zijn bepalend voor de planten en zo ook voor de dieren, en dus in ruime zin voor het hele ecosysteem.

Schimmels zijn heel belangrijk voor de recyclage van organisch materiaal en nutriënten.  Zonder de aanwezigheid van schimmels in ons milieu zou dood plant – en diermateriaal, koolstof en andere moleculen die essentieel zijn voor het leven niet worden afgebroken. Dit heeft als gevolg dat deze moleculen veel te groot zijn om door het plantenmateriaal te worden opgenomen wat de ondergang van het ecosysteem kan betekenen.
Tijdens de proeven werd gekozen voor schimmels die door excretie van enzymen organisch materiaal (fosfonaten) kunnen afbreken.

Eerst werden deze schimmels steriel geënt op een standaard voedingsbodem. Zo kon hun normaal groeipatroon ( morfologie, groeisnelheid ) worden vastgesteld. Eenmaal ze volgroeid waren, werden ze terug op de standaard voedingsbodem geënt.  In de ene helft van de bodems werd er anorganische fosfor en in de andere helft geen fosfor, die een component is van het medium toegevoegd. Telkens werd er wel organisch fosfaat in de vorm van fosfonaten aan de schimmels als voedingsbron aangeboden. Er werd dus geprobeerd een schimmel te dwingen fosfonaten af te breken, en die dan als een voedingsbron te gebruiken.  Zo kon er tevens worden vastgesteld wanneer de schimmel kon overleven zonder anorganische fosfor maar in plaats daarvan de organische fosfor als surrogaat gebruikte.
Na vele analyses met de voedingsbodems zoals NMR (nucleair magnetic resonance) en
GC-MS (gaschromatografie –massaspectrograaf) kon geconcludeerd worden dat de schimmels in staat zijn om fosfonaten af te breken, maar dit telkens in andere condities. 
Zo werd tijdens de NMR proeven de verschillende soorten fosfor onderzocht.  Hieruit kon dan afgeleid worden als de schimmels de fosfonaat had getransformeerd,  of als de schimmel tijdens hun groeiproces bepaalde bestanddelen had uitgescheiden.
Terwijl bij de GC-MS analyses excretie van organische bestanddelen door de schimmel kon worden vastgesteld, ook dit kon resulteren in de transformatie van de toegevoegde fosfonaten, waaruit dan kon worden vastgesteld dat de schimmel in staat was de fosfonaten af te breken.
Het probleem is dat er talrijke soorten fosfonaten zijn, en niet alle schimmels in staat zijn om het even welk fosfonaat af te breken. 
Ook heeft de ene schimmel anorganische fosfor nodig om de organische fosfor ( die afkomstig is van de fosfonaten ) af te breken, terwijl het even goed kan zijn dat de schimmel in staat is de organische fosfor af te breken bij afwezigheid van anorganische fosfor.
Veel onderzoek staat nog op de agenda om meer te weten te komen hoe we een schimmel kunnen dwingen, door ze te verwennen of juist om ze in een benarde situatie te brengen zodat ze de fosfonaten als een voedingsbron te gebruiken.

Gaan zwemmen of kanoën  in helder, algenvrij, water is dus toekomstmuziek,
want vooraleer alle opgestapelde fosfaten in de natuur zullen afgebroken zijn , en het natuurlijk biologisch evenwicht zich zal hersteld hebben ,zal er nog heel wat  –hopelijk  minder bevuild– water naar de zee gevloeid zijn .

Bibliografie

[ 1 ]BOZENA BUJACZ, PIOTR WIECZOREK, TERESA KRZYS´KOŁUPICKA,
ZBIGNIEW GOŁAB, BARBARA LEJCZAK,AND PAWEŁ KAVFARSKI, Organophosphonate utilization by the Wild-Type strain of Penicillium chrysogenum,
http://aem.asm.org/cgi/reprint/61/8/2905 ( access 25-05-2007)
 
[ 2 ] S.V. KONONOVA AND M.A. NESMEYANOVA, Phosphonates and their degradation by microorganisms,
http://protein.bio.msu.su/biokhimiya/contents/v67/full/67020220.html (access 25-05-2007)
 
[ 3 ] BERND NOWACK, Environmental chemistry of Phosphonic acids,
http://www.ito.ethz.ch/SoilProt/staff/nowack/pdf%20book/Chapter_1.pdf
(access 25-05-2007)
 
[ 4 ] WIKIPEDIA THE FREE ENCYCLOPEDIA, Phosphonates, http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphonate (access 25-05-2007)
 
[ 5 ] THE ORGANIC CHEMISTRY PORTAL, Kabachnik-Fields reaction, http://www.organic-chemistry.org/frames.htm?http://www.organic-chemistr… (access 25-05-2007) 
 
[ 6 ] FUNGI, The fungi kingdom,
http://www.davidlnelson.md/Cazadero/Fungi.htm (access 25-05-2007)
 
[ 7 ]TOM VOLK’S FUNGUS, Tom Volk's Fungus of the Month for November 2003, http://botit.botany.wisc.edu/toms_fungi/nov2003.html (access 25-05-2007)
 
[ 8 ] DOCTOR FUNGUS, Penicillium chrysogenum, http://www.doctorfungus.org/thefungi/Penicillium.htm (access 25-05-2007)
 
[ 9 ] DOCTOR FUNGUS, Arthrographis spp,. http://www.doctorfungus.org/Thefungi/arthrographis.htm (access 25-05-2007)
 
[ 10 ] TLC, Thin layer chromatography (01-05-2006), http://www.chem.ucla.edu/~bacher/General/30BL/tips/TLC1.html (access 25-05-2007)
 
[ 11 ] NMR, Nuclear magnetic resonance spectrometry, http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/Spectrpy/nmr/nmr1.htm (access 25-05-2007)
 
[ 12 ] NMR, Nuclear magnetic resonance spectrometry, http://www.chem.ucalgary.ca/courses/351/Carey/Ch13/ch13-nmr-1.html (access 25-05-2007)
 
[ 13 ] AL JE VRAGEN, massaspectrometer, http://www.aljevragen.nl/sk/analyse/ANA160.html (access 25-05-2007)

Universiteit of Hogeschool
Chemie-milieuzorg
Publicatiejaar
2007
Kernwoorden
Share this on: