Unveiling the Potential of Norwegian Fungi: Exploring LDPE Biodegradation for Sustainable Plastic Waste Management

Abstract

I denne studien dykker vi inn i biodegraderingsprosessen for å undersøke om sopp har mulighet til å bryte ned plastik, siden tidligere studier har vist lovene resultater. I 2020 gjennomførte NORCE en studie der de undersøkte 43 elver på Vestlandet. Deres funn viste at 70% av plasten som de fant i elvene bestod av landbruksplast. Av denne plasten dominerte rundballeplast. Mengden plastikk som produseres øker. Naturlig nedbrytning av plastikken kan ta over 1000 år. Termisk nedbrytning er ikke miljøvennlig og gjenbruk er begrenset da kvaliteten på plasten synker for hver resirkulering. Derfor trenger vi mer bærekraftige måter å bryte ned plasten på. I Norge finnes det få studier på norske sopper sine plastnedbrytende egenskaper. Siden sopper er veldig tilpasningsdyktige, er det veldig mulig at de kan skille ut enzymene som trenges for degradering og utnytting av plasten som karbonkilde. I denne studien var målet å identifisere og teste en low density polyethylene (LDPE) nedbrytende sopp. Studien er også en pilot for ett større prosjekt — Could fungi be Dr. Jekyll and Mr. Hyde in the plastic litter problem? (Dr. Jekyll and Mr. Hyde). Rundballeplast ble samlet inn fra norske bønder og analysert gjennom metabarkoding. Utvalgte arter ble identifisert gjennom morfologiske trekk og sanger sekvensering. Syv sopp arter som oppfylte satte kriterier ble isolert og kultivert sammen med LDPE som enten var eksponert for fotodegradering eller ueksponert. Etter 89 dager med kultivering ble LDPE- bitene analysert for tegn på biodegradering gjennom måling av vekt, fuktbarhet og topografi. En mulig gruppering i soppdiversiteten ble observert hos prøver som stammet fra skog og prøver som stammet fra gressmark. Metabarcodingen viste at familien Cladosporiaceae var den mest hyppige av de taksonomiske funnene. Ingen signifikant vektreduksjon for LDPE- bitene ble observert etter dyrkning, men det ble derimot observert interaksjoner mellom flere av soppene og plastikken. Mens noen sopper bare festet seg til sprekker i plasten, kunne Alternaria sp. og C. uwebraunianum feste seg til LDPE overflaten. C. uwebraunianum viste størst vekst både på LDPE som hadde glukose tilgjengelig og ikke tilgjengelig. SEM bilder viste at soppen var sterkt festet med indikasjoner på at soppen forankret seg i LDPE-biten. Denne studien er den første rapporten om at C. uwebraunianum har et plastdegraderings potensial.

In this thesis we dive into the biodegradation process to investigate the fungal ability to degrade plastic, as previous reports show promising results. In 2020 a study done by NORCE investigated 43 rivers in western Norway and found that 70% of the plastic in the rivers consisted of agricultural plastic were silage plastic wrap dominated (Velle, 2020). The amount of plastic produced is increasing. By nature, it could take over 1000 years to degrade plastic. While thermal degradation is environmentally hostile, recycling is restricted as the quality of process decreases after each recycling. Therefore, we need more sustainable ways to degrade the plastic. Few studies have been done on Norwegian fungi's plastic degrading capabilities. Since fungi are very adaptable, it is possible that they can provide the needed enzymes for degradation and utilise plastic as a carbon source. In this study the aim was to identify and test a low density polyethylene (LDPE) degrading fungus. The research is also a pilot for larger project — Could fungi be Dr. Jekyll and Mr. Hyde in the plastic litter problem? (Dr. Jekyll and Mr. Hyde). Plastic from Norwegian farmers were collected. All collected samples went through metabarcoding. Selected fungi were isolated and identified through morphological characteristics and Sanger sequencing. Seven fungal species meeting the set criteria were isolated and cultured using three distinct media alongside LDPE, subjected to either photodegradation or kept unexposed. After 89 days of cultivation, the LDPE pieces were analysed for biodegradation evidence through weight, wettability, and topography. A possible clustering within fungal diversity was observed in samples originating from forest and samples originating from grassland. The family Cladosporiaceae was the most abundant of all taxonomic findings. After cultivation, there were no significant changes in LDPE weight, however several fungal species showed interactions with the plastic. While some fungi could adhere to only cracks, Alternaria sp. and Cladosporium uwebraunianum adhered to the LDPE surface. C. uwebraunianum showed the highest growth both on LDPE pieces with and without glucose available. SEM pictures of the fungus showed strong attachment to the LDPE and indicate that some kind of anchoring between the fungus and LDPE has occurred. This thesis is the first to report that C. uwebraunianum show a plastic degrading potential.