Groene biofilmen zuiveren water
Aan de TU Delft wordt gezocht naar slimme mogelijkheden om afvalwater te zuiveren van nitraat, dat het milieu vervuilt. Een oplossing hiervoor kan de toepassing van biofilmen zijn.
Biofilmen
Bacteriën groeien in de natuur vaak in de vorm van biofilmen. Een biofilm is een slijmerig laagje microbiële cellen dat zich met behulp van een soort biologische lijm heeft vastgehecht aan een oppervlak. Een goed voorbeeld van een biofilm is tandplak.
Biofilmen kunnen veel problemen veroorzaken. In industriële installaties kunnen ze leidingen en filters verstoppen. Ook kunnen ze ernstige infecties veroorzaken als ze zich hechten aan chirurgische implantaten zoals pacemakers.
Biofilmen zijn vaak moeilijk te bestrijden. Anti bacteriële stoffen zoals antibiotica kunnen moeilijk doordringen in deze slijmerige laagjes.
Energie uit licht
- Dit is een phototrofe biofilm
Fototrofe biofilmen zijn afhankelijk van de lichtenergie die wordt vastgelegd tijdens een proces dat fotosynthese wordt genoemd (foto = licht; synthese = aanmaak). Deze bijzondere biofilmen bestaan dus voornamelijk uit fototrofe micro-organismen zoals eencellige algen en cyanobacteriën (blauwalgen). Net als planten kunnen ze koolstofdioxide en water om zetten in suikers en produceren ze zuurstof.
Afvalwater
In tegenstelling tot de meeste biofilmen kunnen fototrofe biofilmen zeer nuttig zijn. Ze kunnen ondermeer toegepast worden bij het zuiveren van afval water.
Het afval water dat zuiveringsinstallaties verlaat bevat vaak nog verhoogde concentraties van de stikstofhoudende stof nitraat (NO3). Wanneer er te veel van deze stof in oppervlakte water terecht komt kan het ecosysteem drastisch verstoord raken.
Stikstof (N2) is het meest voorkomende gas op aarde, en is een onmisbaar bestanddeel van bijvoorbeeld eiwitten, DNA en RNA. Voor de meeste organismen is stikstof echter alleen bruikbaar in vorm van ammonium (NH4) of nitraat (NO3). Sommige cyanobacteriën kunnen N2 gas rechtstreeks uit de atmosfeer fixeren maar dit kost ze veel energie.
De meeste fototrofe organismen in de biofilmen zullen nitraten daarom graag opnemen uit afvalwater en deze benutten voor hun groei. Hierdoor wordt het afval water schoon en kan het veilig in het oppervlaktewater geloosd worden.
Genomics
Om inzicht te krijgen in hoe de biofilmen optimaal nitraat kunnen verwijderen is het van belang te weten welke soorten micro-organismen er in zitten en wanneer ze actief zijn. Het metagenoom, de totale collectie genen, van de biofilm biedt hier uitkomst. Aan de hand van een gen dat codeert voor het ribosomaal RNA, een speciaal RNA molecuul dat betrokken is bij de eiwitsynthese, kunnen de aanwezige micro-organismen worden geïdentificeerd. De aanwezigheid en activiteit van bijvoorbeeld Nif en Nar genen, respectievelijk betrokken bij de opname van stikstof gas en nitraat, verteld veel over de stikstof kringloop in de fototrofe biofilm.
- In deze incubator worden de biofilmen onder verschillende omstandigheden opgekweekt.
Op de TU Delft kweekt AIO Guus Roeselers in het laboratorium biofilmen onder verschillende omstandigheden. Hierbij wordt de expressie van belangrijke genen nauwlettend in de gaten gehouden. Zo hoopt hij erachter te komen hoe deze biofilmen optimaal hun werk kunnen doen. Hierdoor kunnen in de toekomst de biofilmen zo efficiënt mogelijk gebruikt worden om water te zuiveren.
