Published April 22, 2024
| Version v1
Publication
Open
Biodegradation of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polystyrene (PS) microplastics by floc-forming bacteria, Bacillus cereus strain SHBF2, isolated from a commercial aquafarm
Creators
- 1. Universiti Malaysia Terengganu
- 2. Chattogram Veterinary and Animal Sciences University
Description
The ubiquitous proximity of the commonly used microplastic (MP) particles particularly polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polystyrene (PS) poses a serious threat to the environment and human health globally. Biological treatment as an environment-friendly approach to counter MP pollution has recent interest when the bio-agent has beneficial functions in their ecosystem. This study aimed to utilize beneficial floc-forming bacteria Bacillus cereus SHBF2 isolated from an aquaculture farm in reducing the MP particles (PE, PP, and PS) from their environment. The bacteria were inoculated for 60 days in a medium containing MP particle as a sole carbon source. On different days of incubation (DOI), the bacterial growth analysis was monitored and the MP particles were harvested to examine their weight loss, surface changes, and alterations in chemical properties. After 60 DOI, the highest weight loss was recorded for PE, 6.87 ± 0.92%, which was further evaluated to daily reduction rate (k), 0.00118 day−1, and half-life (t1/2), 605.08 ± 138.52 days. The OD value (1.74 ± 0.008 Abs.) indicated the higher efficiency of bacteria for PP utilization, and so for the colony formation per define volume (1.04 × 1011 CFU/mL). Biofilm formation, erosions, cracks, and fragments were evident during the observation of the tested MPs using the scanning electron microscope (SEM). The formation of carbonyl and alcohol group due to the oxidation and hydrolysis by SHBF2 strain were confirmed using the Fourier transform infrared spectroscopic (FTIR) analysis. Additionally, the alterations of pH and CO2 evolution from each of the MP type ensures the bacterial activity and mineralization of the MP particles. The findings of this study have confirmed and indicated a higher degree of biodegradation for all of the selected MP particles. B. cereus SHBF2, the floc-forming bacteria used in aquaculture, has demonstrated a great potential for use as an efficient MP-degrading bacterium in the biofloc farming system in the near future to guarantee a sustainable green aquaculture production.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يشكل القرب في كل مكان من جزيئات البلاستيك الدقيقة الشائعة الاستخدام (MP) وخاصة البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبلين (PP) والبوليسترين (PS) تهديدًا خطيرًا للبيئة وصحة الإنسان على مستوى العالم. تحظى المعالجة البيولوجية كنهج صديق للبيئة لمكافحة تلوث MP باهتمام حديث عندما يكون للعامل الحيوي وظائف مفيدة في نظامها البيئي. تهدف هذه الدراسة إلى الاستفادة من البكتيريا المفيدة المكونة للكتلة Bacillus cereus SHBF2 المعزولة من مزرعة تربية الأحياء المائية في تقليل جزيئات MP (PE، PP، و PS) من بيئتها. تم تلقيح البكتيريا لمدة 60 يومًا في وسط يحتوي على جسيمات MP كمصدر وحيد للكربون. في أيام مختلفة من الحضانة (DOI)، تمت مراقبة تحليل النمو البكتيري وتم حصاد جزيئات MP لفحص فقدان الوزن والتغيرات السطحية والتغيرات في الخصائص الكيميائية. بعد 60 DOI، تم تسجيل أعلى فقدان للوزن لـ PE، 6.87 ± 0.92 ٪، والذي تم تقييمه مرة أخرى إلى معدل التخفيض اليومي (k)، 0.00118 يوم-1، ونصف العمر (t1/2)، 605.08 ± 138.52 يوم. أشارت قيمة القطر الخارجي (1.74 ± 0.008 القيمة المطلقة) إلى الكفاءة الأعلى للبكتيريا لاستخدام البولي بروبلين، وهكذا بالنسبة لتكوين المستعمرة لكل حجم محدد (1.04 × 1011 وحدة مكافئة/مل). كان تكوين الأغشية الحيوية والتآكل والشقوق والشظايا واضحًا أثناء مراقبة MPS التي تم اختبارها باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تم تأكيد تكوين مجموعة الكربونيل والكحول بسبب الأكسدة والتحلل المائي بواسطة سلالة SHBF2 باستخدام تحليل تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR). بالإضافة إلى ذلك، تضمن التغيرات في درجة الحموضة وتطور ثاني أكسيد الكربون من كل نوع من أنواع MP النشاط البكتيري وتمعدن جزيئات MP. أكدت نتائج هذه الدراسة وأشارت إلى درجة أعلى من التحلل البيولوجي لجميع جزيئات MP المختارة. ب. المخيخ SHBF2، البكتيريا المكونة للكتل المستخدمة في الاستزراع المائي، أظهرت إمكانات كبيرة لاستخدامها كجراثيم فعالة تتحلل MP في نظام استزراع الفلوك الحيوي في المستقبل القريب لضمان إنتاج استزراع مائي أخضر مستدام.Translated Description (French)
La proximité omniprésente des particules microplastiques (MP) couramment utilisées, en particulier le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP) et le polystyrène (PS), constitue une menace grave pour l'environnement et la santé humaine dans le monde. Le traitement biologique en tant qu'approche respectueuse de l'environnement pour lutter contre la pollution MP présente un intérêt récent lorsque le bio-agent a des fonctions bénéfiques dans son écosystème. Cette étude visait à utiliser des bactéries bénéfiques formant des flocs Bacillus cereus SHBF2 isolées d'une ferme aquacole pour réduire les particules de MP (PE, PP et PS) de leur environnement. Les bactéries ont été inoculées pendant 60 jours dans un milieu contenant des particules de MP comme seule source de carbone. À différents jours d'incubation (doi), l'analyse de la croissance bactérienne a été surveillée et les particules de MP ont été récoltées pour examiner leur perte de poids, les changements de surface et les altérations des propriétés chimiques. Après 60 DOI, la perte de poids la plus élevée a été enregistrée pour l'EP, 6,87 ± 0,92 %, qui a ensuite été évaluée au taux de réduction quotidien (k), 0,00118 jour−1, et à la demi-vie (t1/2), 605,08 ± 138,52 jours. La valeur de DO (1,74 ± 0,008 abs.) indiquait l'efficacité plus élevée des bactéries pour l'utilisation du PP, et donc pour la formation de colonies par volume défini (1,04 × 1011 UFC/mL). La formation de biofilms, les érosions, les fissures et les fragments étaient évidents lors de l'observation des MPS testés à l'aide du microscope électronique à balayage (MEB). La formation de groupe carbonyle et alcool due à l'oxydation et à l'hydrolyse par la souche SHBF2 a été confirmée à l'aide de l'analyse spectroscopique infrarouge par transformée de Fourier (IRTF). De plus, les altérations de l'évolution du pH et du CO2 de chacun des types de MP assurent l'activité bactérienne et la minéralisation des particules de MP. Les résultats de cette étude ont confirmé et indiqué un degré de biodégradation plus élevé pour toutes les particules de MP sélectionnées. B. cereus SHBF2, la bactérie floculante utilisée en aquaculture, a démontré un grand potentiel d'utilisation en tant que bactérie dégradant les MP efficace dans le système d'élevage biofloc dans un avenir proche pour garantir une production aquacole verte durable.Translated Description (Spanish)
La proximidad ubicua de las partículas de microplástico (MP) de uso común, en particular el polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el poliestireno (PS), representa una grave amenaza para el medio ambiente y la salud humana a nivel mundial. El tratamiento biológico como un enfoque respetuoso con el medio ambiente para contrarrestar la contaminación por MP tiene un interés reciente cuando el bioagente tiene funciones beneficiosas en su ecosistema. Este estudio tuvo como objetivo utilizar las bacterias beneficiosas formadoras de flóculos Bacillus cereus SHBF2 aisladas de una granja de acuicultura para reducir las partículas MP (PE, PP y PS) de su entorno. Las bacterias se inocularon durante 60 días en un medio que contenía partículas de MP como única fuente de carbono. En diferentes días de incubación (doi), se monitoreó el análisis de crecimiento bacteriano y se cosecharon las partículas de MP para examinar su pérdida de peso, cambios superficiales y alteraciones en las propiedades químicas. Después de 60 DOI, la mayor pérdida de peso se registró para PE, 6.87 ± 0.92%, que se evaluó adicionalmente para la tasa de reducción diaria (k), 0.00118 día-1, y la vida media (t1/2), 605.08 ± 138.52 días. El valor de DO (1.74 ± 0.008 Abs.) indicó la mayor eficiencia de las bacterias para la utilización de PP, y por lo tanto para la formación de colonias por volumen definido (1.04 × 1011 CFU/mL). La formación de biopelículas, erosiones, grietas y fragmentos fueron evidentes durante la observación de los MPS probados utilizando el microscopio electrónico de barrido (SEM). La formación de grupos carbonilo y alcohol debido a la oxidación e hidrólisis por la cepa SHBF2 se confirmó utilizando el análisis espectroscópico infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR). Además, las alteraciones del pH y la evolución de CO2 de cada uno de los tipos de MP aseguran la actividad bacteriana y la mineralización de las partículas de MP. Los hallazgos de este estudio han confirmado e indicado un mayor grado de biodegradación para todas las partículas de MP seleccionadas. B. cereus SHBF2, la bacteria formadora de flóculos utilizada en la acuicultura, ha demostrado un gran potencial para su uso como una bacteria degradante de MP eficiente en el sistema de cultivo de bioflóculos en un futuro próximo para garantizar una producción sostenible de acuicultura verde.Files
latest.pdf.pdf
Files
(2.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:40deb04d753cc5fd66d8e43436772f7f
|
2.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحلل البيولوجي للبولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) والبوليسترين (PS) اللدائن الدقيقة عن طريق البكتيريا المكونة للكتل، سلالة العصوية المخية SHBF2، المعزولة من مزرعة مائية تجارية
- Translated title (French)
- Biodégradation des microplastiques polyéthylène (PE), polypropylène (PP) et polystyrène (PS) par des bactéries formant des flocons, souche de Bacillus cereus SHBF2, isolée à partir d'une ferme aquatique commerciale
- Translated title (Spanish)
- Biodegradación de microplásticos de polietileno (PE), polipropileno (PP) y poliestireno (PS) por bacterias formadoras de flóculos, cepa SHBF2 de Bacillus cereus, aislada de una piscifactoría comercial
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4395008067
- DOI
- 10.1007/s11356-024-33337-3
References
- https://openalex.org/W1656226526
- https://openalex.org/W1968758930
- https://openalex.org/W1970758574
- https://openalex.org/W1973345149
- https://openalex.org/W1976493857
- https://openalex.org/W1995091683
- https://openalex.org/W1997591931
- https://openalex.org/W2020260244
- https://openalex.org/W2049075153
- https://openalex.org/W2072634711
- https://openalex.org/W2077850779
- https://openalex.org/W2079621770
- https://openalex.org/W2082443746
- https://openalex.org/W2103585709
- https://openalex.org/W2116961566
- https://openalex.org/W2122404351
- https://openalex.org/W2204394725
- https://openalex.org/W2229518787
- https://openalex.org/W2314985366
- https://openalex.org/W2341118963
- https://openalex.org/W2413274108
- https://openalex.org/W2581884998
- https://openalex.org/W2609067898
- https://openalex.org/W2705838449
- https://openalex.org/W2743494335
- https://openalex.org/W2762862468
- https://openalex.org/W2768119939
- https://openalex.org/W2801312136
- https://openalex.org/W2806070478
- https://openalex.org/W2806582387
- https://openalex.org/W2875393825
- https://openalex.org/W2884989805
- https://openalex.org/W2885126584
- https://openalex.org/W2908304050
- https://openalex.org/W2913454881
- https://openalex.org/W2938797415
- https://openalex.org/W2946602450
- https://openalex.org/W2947292986
- https://openalex.org/W2972186294
- https://openalex.org/W2991112079
- https://openalex.org/W2997509758
- https://openalex.org/W2998283417
- https://openalex.org/W3006442571
- https://openalex.org/W3007864615
- https://openalex.org/W3010038712
- https://openalex.org/W3011377807
- https://openalex.org/W3012298986
- https://openalex.org/W3015220864
- https://openalex.org/W3017043167
- https://openalex.org/W3075329418
- https://openalex.org/W3090131641
- https://openalex.org/W3091172615
- https://openalex.org/W3096194825
- https://openalex.org/W3105008762
- https://openalex.org/W3107539693
- https://openalex.org/W3109968655
- https://openalex.org/W3111912619
- https://openalex.org/W3120120982
- https://openalex.org/W3134565848
- https://openalex.org/W3138707881
- https://openalex.org/W3152807008
- https://openalex.org/W3154026951
- https://openalex.org/W3157810330
- https://openalex.org/W3173357271
- https://openalex.org/W3183835656
- https://openalex.org/W3184356598
- https://openalex.org/W3186132844
- https://openalex.org/W3192626233
- https://openalex.org/W3195773579
- https://openalex.org/W3204372672
- https://openalex.org/W4200233420
- https://openalex.org/W4200326382
- https://openalex.org/W4206925937
- https://openalex.org/W4207053274
- https://openalex.org/W4211184607
- https://openalex.org/W4213013959
- https://openalex.org/W4220655782
- https://openalex.org/W4220863214
- https://openalex.org/W4220900610
- https://openalex.org/W4229023928
- https://openalex.org/W4239482303
- https://openalex.org/W4246465492
- https://openalex.org/W4280563846
- https://openalex.org/W4281551656
- https://openalex.org/W4283758418
- https://openalex.org/W4286235838
- https://openalex.org/W4288926682
- https://openalex.org/W4296249079
- https://openalex.org/W4296734499
- https://openalex.org/W4296935152
- https://openalex.org/W4304014720
- https://openalex.org/W4306711532
- https://openalex.org/W4306785111
- https://openalex.org/W4307287900
- https://openalex.org/W4307957392
- https://openalex.org/W4309880835
- https://openalex.org/W4310496567
- https://openalex.org/W4311903668
- https://openalex.org/W4312083858
- https://openalex.org/W4313389625
- https://openalex.org/W4313400894
- https://openalex.org/W4313472052
- https://openalex.org/W4318035403
- https://openalex.org/W4319225014
- https://openalex.org/W4319455644
- https://openalex.org/W4321782593
- https://openalex.org/W4362553834
- https://openalex.org/W4365140260
- https://openalex.org/W4366832911
- https://openalex.org/W4376279735
- https://openalex.org/W4380785183
- https://openalex.org/W4380880214
- https://openalex.org/W4382447659
- https://openalex.org/W4383912340
- https://openalex.org/W4384343922
- https://openalex.org/W4385306526
- https://openalex.org/W4385400662
- https://openalex.org/W4385480304
- https://openalex.org/W4386244075
- https://openalex.org/W4386264544
- https://openalex.org/W4387618897
- https://openalex.org/W4392894577
- https://openalex.org/W564076128