Bakterier fra indlandsisen har stort potentiale for nedbrydning af forurening

I mandags blev det sidste studie fra min Ph.D.-afhandling publiceret i tidsskriftet Environmental Research Letters under titlen Contamination of the Arctic reflected in microbial metagenomes from the Greenland ice sheet.

Når man til daglig roder med bakterier fra Nordpol-sne og fra små elve i Grønland, så er man ikke forberedt på at blive kimet ned at internationale journalister, når ens forskning rammer internettet. Derfor var jeg noget uforberedt på de mange henvendelser, jeg har modtaget fra amerikanske og canadiske medier siden mandag aften.

Artiklen handler om mikroorganismer fra Grønlands indlandsis, og i hvilken grad disse mikroorganismer har det genetiske potentiale til at nedbryde eller modstå forskellige typer af forurening.

I studiet har vi kigget på metagenomer, altså den samlede pulje af DNA fra prøver fra indlandsisen. Prøverne er cryoconit (billede herunder), der er sammenklumpninger af støv og mikroorganismer, der dannes på is. Når støv og organismer samles falder albedo, hvilket resulterer i at klumperne smelter ned i isen og danner fænomenet cryoconit-huller.

Foto: Marek Stibal

Sådanne cryoconit-prøver blev der samlet 34 af fra rundt om den grønlandske indlandsis fra Thule i nord, til Qassimiut i syd og Tasiilaq i øst til Diskobugten og Kangerlussuaq i vest (kort herunder).

I de forskellige prøver har vi undersøgt tilstedeværelsen af gener, der koder for nedbrydning af PAH’er (polycyclic aromatic hydrocarbons), der kommer fra afbrænding, og PCB (polychlorinated biphenyls), der er kunstigt fremstillet, samt resistens for tungmetallerne kviksølv og bly. Alle disse stoffer er kendte fra Grønland. Man ved også, at forurening fra resten af verden transporteres via luftvejen og deponeres på indlandsisen. Det har man bl.a. set i iskerner, hvor man kan se aflejringer fra starten af den industrielle revolution.

Derfor var vi interesserede i at se, om mikroorganismerne fra indlandsisen havde det genetiske potentiale til at håndtere disse stoffer. Med andre ord, har de generne, der skal til for at nedbryde eller være resistente mod forurening. Konklusionen er, at det har de i høj grad.

Figuren herunder viser, hvor mange reads, altså aflæsninger af DNA-stykker der svarer til et bestemt gen, der er i de forskellige prøver. Jeg beklager den ringe opløsning, som skyldes begrænsning på størrelsen af billeder til upload. Jeg kan anbefale, at man går ind på artiklens hjemmeside og ser figuren, hvis man vil have bedre opløsning.

Panel A viser antallet af reads, der korresponderer til gener, som bruges til nedbrydning af PCB. Her er det prøver fra Tasiilaq, der har flest sådanne reads. Som vi også diskuterer i artiklen, så er det også i Tasiilaq-området, at menneskene har den højeste forekomst af PCB-forurening. Vi kan ikke baseret på vores resultater sige noget om, hvorvidt der er en sammenhæng, men det giver god grund til at undersøge det nærmere, hvilket vi også håber på at kunne i de kommende år.

Panel B viser hvor mange reads, der matcher gener, som bakterier bruger til at nedbryde PAH’er. Her er det prøver fra Kangerlussuaq og Thule, som har de højeste antal. For dem, som kender Grønland, er det interessant, da det også er de to steder i Grønland, hvor de store lufthavne ligger. PAH’er er som sagt resultatet af afbrænding, som bl.a. forekommer ved forbrænding af brændstof fra flyvemaskiner. Man har faktisk undersøgt forekomsten af PAH’er i indlandsisen bl.a. i nærheden af Kangerlussuaq. Resultaterne, som ikke er publicerede, var dog meget lave niveauer.

De to næste paneler, panel C og D viser reads fra gener, som giver resistens mod hhv. kviksølv og bly. For disse to korresponderer områderne med det højeste antal reads også godt med områderne, hvor menneskene har den største grad af forurening med disse stoffer. Spørgsmålet er, om man vil kunne bruge mikroorganismernes DNA som en slags mål for, en tracer, hvor stor grad af forurening, der er tilgængelig for det biologiske system, og som derfor risikerer at ende i fødekæden i lokalområdet. Det kan kun fremtidig forskning svare på.

Det sidste panel viser de absolutte antal af reads for samtlige tungmetal-resistens gener, vi har testet, for at vise hvad de faktiske antal var. De andre paneler er normaliserede for bedre at kunne sammenligne imellem dem. De faktiske antal er inkluderet til sammenligning med en negativ kontrol, som vi inkluderede i forsøget. Vi ville gerne vurdere, om det vi så var en type af baggrundsstøj. Måske er der i alle miljøer et stort antal af disse gener? Derfor valgte vi et miljø til sammenligning, som vi regner med at rimelig fri for forurening, nemlig sunde menneskers tarmflora. Til sammenligning var der i de to tarmflora-prøver vi inkluderede absolut ingen af de gener, som vi undersøgte for og som der var op mod 18.000 af i nogle af prøverne fra indlandsisen.

Det lykkedes os også via computerbaserede metoder at samle et antal genomer, der repræsenterer hele mikroorganismer, til forskel fra reads, der er små fragmenter af organismernes DNA. De hele genomer kan sige mere om, hvad det er for nogle mikroorganismer, som vi ser på. Mange af dem, kan nemlig ikke kultiveres i laboratoriet endnu, og derfor kan vi kun undersøge dem via deres DNA. Når man sammenligner de genomer vi fandt med velkendte genomer fra andre miljøer, var der 7 genomer, der mere end noget andet lignede genomer fra mikroorganismer isoleret fra stærkt forurenede miljøer. Bl.a. havde 4 af genomerne lighed med Acidiphilium cryptum JF-5, der er isoleret fra meget sure kulmine-søer i Tyskland.

Det er vigtigt at understrege, at vi ikke ved, at et højt antal reads er ensbetydende med en høj grad af forurening. Dette har tidligere været vist for kviksølv i sne, men det kræver mere forskning på indlandsisen, hvor vi bl.a. får mulighed for at tage prøver af forureningen, før vi kan konkludere noget omkring dette. Jeg er blevet spurgt om, hvorvidt resultaterne er gode set på den måde, om det høje antal gener betyder, at mikroorganismerne nedbryder forureningen og får den til at forsvinde. Det er desværre ikke helt så simpelt. Dels ved vi ikke, at generne bliver brugt. Det skal der yderligere studier til, før vi kan konkludere. Desuden, så er det ikke alle stoffer, som bliver til noget mindre farligt, når de bliver nedbrudt. I nogle tilfælde vil dette være gældende, altså at stofferne kan blive nedbrudt af mikroorganismer til stoffer, der ikke er nær så giftige. Det er jo ganske positivt. Men i andre tilfælde, kan nedbrydning resultere i ligeså eller måske endda mere giftige biprodukter. Det afhænger af hvilket stof, der er tale om og hvilken måde, mikroorganismerne håndterer stoffet på. For tungmetaller drejer det sig i det hele taget ikke om nedbrydning men derimod om resistens, hvilket vil betyde at bakterierne ikke ændrer på tilstedeværelsen af stoffet men måske kan fungere som en indikator herpå.

Baseret på dette pilot-studie er der dog god grund til at gå i gang med en systematisk undersøgelse af forureningsgraden af de frosne miljøer i Grønland og hvordan forurening fra hele verden påvirker vores økosystemer og fødekæder. Hellere nu end senere, da forurening fra mange årtier kan have samlet sig i isen, som i disse dage smelter i større grad end hvad vi før har set.

Herunder det tilhørende video-abstract til artiklen og links til nogle af de medier, der har dækket historien:

Video abstract

Gizmodo

Phys.org

International Business Times

Popular Science