Working with antibiotic resistance and microplastics at NORCE at my internship

Written by Eirill Spadoni, bachelor student at department of arctic and marine biology.

Microplastic pollution has become a serious issue in the last decades, impacting the health of entire ecosystems as well as our own. The roughened surface of down-graded plastic particles released into the waters makes them potential growth sites for bacteria to reproduce and easily transfer genetic material to each other, facilitating the emergence and spread of antibiotic resistant strains.

Antibiotics are limited and old ones are gradually meeting more and more resistant strains due to the careless use and disposal of antibiotics. As a result, as we go forward, we may find ourselves unable to cure even the most common bacterial infections.

The project I have been assigned consists of studying the effect of different types of microplastic on the antibiotic resistance of a common bacterium.

Me at the NORCE lab in Tromsø. Photo: private.

My task is to transform and grow bacteria with particles of nylon, a plastic polymer unfortunately very commonly found in our environment, and observe how its presence affects the antibiotic resistance of the bacterium Acinetobacter baylyi. These past weeks I was taught techniques to carry out the experiments. To get some practice before starting the actual experiments, we ran some control experiments without using microplastics. We started from basic things, like the preparation of LB (Lysogeny Broth) medium, a nutrient solution in which bacteria can multiply, and agar plates, gelatinous disks essential for the in-lab growth of bacterial colonies. Although these are very simple (and essential) procedures, they were new to me: during laboratory sessions at the university, all material had been previously prepared for us. As some of the plates contained antibiotics to allow only the bacteria with the resistance gene to grow, we were taught how to properly handle and dispose of them, along with other biohazardous waste, and about the importance of risk assessments.

We learned how to maintain a sterile environment by using laminar hoods, gas burner and the autoclave. Photo: private.

At the same time, we learned of more complex procedures, such as DNA extraction, where bacteria are treated with different chemicals to dissolve their membrane and remove everything other than the DNA containing the antibiotic resistance gene to be transferred to the other strain of bacteria.

The next step of the experiment was to grow overnight cultures of bacteria. I learned that bacteria can survive temperatures of -80C degrees (!), as they are stored for further use. In this case, we took frozen bacteria left from a previous run of the same experiments and suspended them in LB medium to allow them to grow. These were successively mixed with the extracted DNA to induce them to take up the antibiotic resistance genes in a process called transformation. I was familiar with the technique, as I had done it before in a molecular biology lab, but it was interesting to use the protocol provided along the material kit.

Once the bacteria had taken the resistance genes, we made different diluted solutions. This was also something I was familiar with from some microbiology labs I had had in year 2 of the bachelor program. But repeating it and doing it independently made me gain more confidence in the procedure.

After some days we counted the colonies. The colony counting was done using a different technique that the one I was used to. Where they were too many, only a portion was counted. The colonies were big enough to be counted without using a microscope and I used instead a clicker I had never seen before.

Lately I’ve also had the opportunity to observe and help with another related project that aims to observe the difference in antibiotic resistance related to the presence of microplastics in compost and manure from Italy and Norway. The two countries have different regulations related to the use of antibiotics in farming and plastic disposal, as well as (probably) different bacteria strains and different climate. This allows us to study whether the temperature also plays a role in the antibiotic resistance spread. The samples for the experiments in Tromsø are taken from Holt and a local farm. Both compost and manure are combined with microplastics and antibiotics to be analyzed and the presence of different bacteria measured and compared to the data coming from Italy.

My tasks in this project were pretty basic: transferring samples to testing tubes and rinsing them to make them ready to be analyzed, but I enjoyed learning about this different project. I found particularly interesting how institutions from different parts of the world can cooperate on one project for a common important goal!

This internship at NORCE is part of the UiT course BIO-2014 Praksis i næringslivet for biologistudenter.

First impressions from being an intern at NORCE

Written by Eirill Spadoni, bachelor student at department of arctic and marine biology.

Like most students attending the last semester of their bachelor, I soon have to make a choice about my further education. Despite all of the research group presentations held by the university these past years, I feel unsure about which direction would suit me best. For this reason, when last semester the university gave us the opportunity to get first-hand experience in a professional setting by taking the course BIO-2014 praksis in næringslivet for biologistudenter, I jumped at the chance.

This is me, Eirill, on day 2 of the internship at Norce. Photo: private.

What I hope to gain from this experience is a new perspective on how the life of a biologist can look like, and maybe better ideas for a future career. I expect I will learn new practical skills, on procedures and machinery/equipment, as well as new knowledge. Not least, I hope it will be a first step to start build a network of contacts around me.

After learning skills on how to write good CVs and presentation letters I applied to an internship at Genøk (now part of NORCE). The organization does research with the objective of a responsible and sustainable use of gene technologies and the understanding of their impact on the human health, the environment and society. The first thing that struck me was how their work has a direct impact on the sustainable use of these technologies in the industry. Then, the projects description of their website immediately interested me. They all resonated with my particular interests in the field and with previous experiences I had had during my education, such as lab experiments involving gene modified plants and a student project about the search for new antibiotics in the sea.  I was lucky enough to be assigned to a project dealing with anti-microbial resistance, a subject I am particularly interested in, along with a fellow student. “MicroPlastResist” is a research project that analyses the effect of different types of microplastic, released through wastewater in Norway and South Africa, on the transmission of antibiotic resistance genes.

The first days at work have already met some of my expectations. We were immediately introduced to interesting people from different backgrounds working at the organization and was pleasantly reminded of how research is a team effort. I found out then that I was a little worried I would be left to my own devices, but everyone turned out to be very helpful and available whenever I have questions.

The first day we were given a tour of the labs and storage rooms. Most importantly, we were given a lot of information about lab safety. From day 2, we already had our own stations, which was very exciting. We started from small, but essential tasks that were new to me, such as the preparation of LB medium and Agar plates, and went to more complex procedures, such as DNA extraction and setup for bacterial transformation.

Set-up for plating of transformed bacteria. Photo: private.

From now on, the plan is to work on each our assigned type of plastic particles and compare our findings among ourselves and with previous research. I expect that the next weeks will teach me new things and help me build confidence in what I have learn so far, so to become more independent in the lab.

Første inntrykk fra praksis hos NORCE i forskningsgruppen GEMS

Skrevet av Thea Ramona Olsen, bachelorstudent ved arktisk og marin biologi.

Jeg er på mitt siste år på bachelor i biologi ved UiT Norges arktiske universitet. Et av kursene jeg tar er BIO-2014 Praksis i næringsliv for biologistudenter. Som en del av kurset er jeg i praksis hos NORCE i forskningsgruppen genteknologi, miljø og samfunn (GEMS).

Meg nede på GEMS. Foto: Eirill Spadoni.

GEMS bryr seg om trygg bruk av bioteknologi og de driver med rådgivning og forskning. De bidrar med risikovurdering og rådgivning innen deres forsknings- og kompetanseområde. GEMS forsker på konsekvenser ved bruk av genteknologi og genmodifisering innen samfunn, helse og miljø.

Jeg valgte å ha min praksis hos GEMS fordi jeg alltid har hatt en stor interesse innen molekylær- og mikrobiologi. Interessen startet på ungdomskolen og har økt mens jeg har gått på videregående og universitetet. Jeg visste ikke mye om GEMS og gikk inn på hjemmesiden deres for å se hva de forsket på. Jeg ble nysgjerrig og interessert i arbeidet deres og tenkte at alle prosjektene ville være bli spennende og interessant å være med på. Heldigvis fikk jeg det prosjektet jeg syntes var mest interessant og mest spennende av alle.

Det jeg skal jobbe i praksisen er mikroorganismer som blir motstandsdyktige mot antibiotika i miljøet i prosjektet MicroPlastResist. I prosjektet forsker de på hvordan antimikrobiell resistens kan spre seg med hjelp av mikroplast, veldig små plast biter. Jeg skal jobbe med en eller flere typer plast og antibiotika typen kanamycin.

Mine forventinger til praksisen er å få et større bilde på hvordan en del av arbeidslivet til en biolog kan se ut. Jeg ønsker også å se om dette er noe jeg vil jobbe videre med når jeg er ferdigutdannet. Under studiet har jeg har vært mye på lab men jeg vil også se hvordan det er å jobbe på et laboratorium og utvikle meg videre.

Felles område, brukt til lunsj og sosialt samvær. Foto:privat.

De første dagene var akkurat som å starte på skolen igjen. En helt ny verden med erfarne og nye mennesker. Jeg er spent på hvordan oppholdet kommer til å bli, de nye menneskene jeg skal bli kjent med og erfaringene jeg kommer til å sitte igjen med.

Den første dagen fikk vi rask og detaljert informasjon om sikkerhet på labene. Hvis man ikke klarer å huske all den informasjonen så er de som jobber der alltid behjelpelig. Alle de ansatte som jeg har snakket med er hyggelige som gjør at man alltid føler seg velkommen. De er veldig hjelpsomme hvis du trenger hjelp på lab eller bare noe så enkelt som å lage kaffe.

Allerede dag 2 begynte vi på å jobbe på lab. Vi lærte mye nytt. Alt fra hvor utstyret er plassert, hva som trengs på lab og hvordan maskinen vi brukte fungerer. Denne maskinen har vi hørt om på universitetet, men aldri sett eller prøvd. Derfor ekstra gøy å få testet den selv.

Vi lager næringsmedium som bakterier kan vokse i (LB medium). Foto:privat.
Bilde 4 LB medium blir sterilisert med at vi varmer det opp til 121˚C i en autoklav. Foto:privat.

Kan vi utvikle norsk sjømatindustri uten plast?

Skrevet av Roger B. Larsen

Svaret på overskriften er NEI. Forskingsgruppen HARVEST ved Norges fiskerihøgskole skal de neste årene likevel lede et senter for forskningsdrevet innovasjon på tema bio-nedbrytbar plast til bruk i fiskeriene.

Torsk fanget med bio-nedbrytbart fiskegarn (Foto: J. Vollstad, SINTEF Ocean AS)

Hvor hadde verden vært i dag uten «vidundermaterialet» plast? Bare se rundt deg der du står eller sitter – det er plast overalt. Mennesker som ennå ikke har nådd pensjonsalder kan vel knapt forestille seg hvordan verden klarte å leve uten dette brukervennlige materialet.

Den industrielle måten å bruke petrokjemikalier på for å fremstille plast og syntetfibre, gjør nedbrytingstiden i det marine miljøet svært lang. Miljødirektoratet anslår at en brusflaske av plast vil ha en levetid på flere hundre år om den havner på havets bunn. Den brytes gradvis ned til mindre bestanddeler, og endeproduktet mikroplast blir værende i det marine miljøet langt inn i evigheten.

Dagens situasjon

Vi har ingen ambisjon om å rydde opp i gamle synder. Etter snart 70 år med fangstredskaper som i stor grad er laget av plastbaserte materialer, vil de negative effektene dukke opp på rekke og rad i årene framover. Perspektivet er uhyggelig med tanke på generasjonene som skal arve jorda etter oss.

Garn med nyfanget og gammel, død fisk. Dette garnet anslås tapt for ca. 35 år siden og det har fisket mer eller mindre kontinuerlig siden (Foto: Roger B. Larsen)

Så mye som 8-12 millioner tonn plast havner i havene årlig. De fleste tapte fiskeredskaper og deler av slike er praktisk umulig å få tak i. Fiskeri- og havbruksnæringen er selvsagt ikke alene om tilføre havene plast, men strandryddinger og årlige opprenskinger langs fiskefeltene viser at en stor andel av dette søppelet dessverre stammer fra næringen.

Det usynlige søppelet som havner i vårt marine spiskammer fører til spøkelsesfiske av både fisk og skalldyr. Spøkelsesfiske er et stort problem for forvaltning av ressursene, fordi slik skjult beskatning egentlig betyr tap for fiskeriene. Det økonomiske tapet kan være betydelig. Det er på høy tid vi prøver å få kontroll. Og det må sterkere lut enn strandrydding til om vi skal kunne gjøre en forskjell.

Noen i næringen vil hevde at vi har blitt flinke til å rydde opp etter oss og at tap av redskaper nesten ikke forekommer. Og skulle uhellet være ute, så kommer Fiskeridirektoratet og rydder opp på sine årlige ryddeaksjoner langs norske fiskefelt. Men faktum er heller at fiskeriene våre tilfører årlig store mengder plast i havet. Dette skjer i form av tråd, tauverk eller nett som kommer på avveie, og gjennom slitasje på plastbaserte redskaper. Miljødirektoratet regner med at mindre enn ti prosent av dette ender opp som strandsøppel. Resten flyter i havene eller havner på havbunnen. I tillegg forårsaker daglig bruk i alle deler av fiskerinæringen betydelige utslipp av mikroplast.

En del av strandsøppel fra Svalbard – minst 90% av dette kan relateres til fiskeri (Foto: Roger B. Larsen)

Kan vi øke verdiskapingen i sjømatsektoren uten bruk av plast?

I vår moderne fiskerinæring er det krav til effektivitet og inntjening. Det gjør at utstyr regelmessig må skiftes ut på grunn av slitasje. Generelt kan vi si at levetiden til ulike fiskeredskaper varierer med brukstid og hvor hardt de anvendes. I praksis snakker vi om levetid som varierer fra opptil flere år og ned til bare én enkelt sesong. Hvorfor må redskapene lages av «evigvarende» plast når levetiden er så begrenset?

Fiskerier over hele verden står overfor en enorm utfordring med å finne løsninger som kan forhindre enda mer skade på naturens mangfold og potensielle utbytte i form av mat. Norge er i en særstilling ved at vi er en sjømatnasjon. Vi har også ambisjoner om å være verdensledende på det meste.

Kongekrabbe viklet inn i restene av et fiskegarn av nylon (Foto: Roger B. Larsen)

Den norske fiskerinæringen står for produksjon av 3-4 millioner tonn sjømat hvert eneste år. Eksportverdien alene nærmer seg 110 milliarder kroner. Det tilsvarer en verdiskaping på flere millioner kroner for hver direkte ansatt i sjømatindustrien. I tillegg kommer alle ringvirkningene av aktivitet i både privat og offentlig sektor. Om vi steller oss fornuftig og utvikler fiskerinæringen på en bærekraftig måte kan vi mangedoble verdiskapingen i denne delen av norsk næringsliv. Men kan vi nå de skyhøye ambisjonene uten plast og samtidig bruke moderne redskaper?

Vår ambisjon er å «ta det onde ved roten». Vi vil finne løsninger som gjør at våre framtidige fiskerier i størst mulig grad bruker «smarte» materialer som forsvinner over en viss tid.

SFI Biodegradable plastics for marine applications

Tildelingen av et Senter for forskningsdrevet innovasjon (SFI) for å utvikle bio-nedbrytbare plastmaterialer er store greier for en bitteliten forskningsgruppe. Vi er stolte over den tilliten som styret i Norges forskningsråd har vist oss. Målet er at forskningsmiljøer i samarbeid med fiskeri- og akvakulturnæringen skal finne frem til løsninger som eliminerer eller reduserer problemene dagens former for syntetisk plast skaper. Ambisjonen er å sette Norge i en ledende posisjon for å styre overgangen til bruk av bio-nedbrytbare materialer i fiskeri- og akvakulturnæringen.

Bak senteret står 14 industripartnere fra fiskeri, havbruk og utstyrsleverandører, samt fem nasjonale forskningsinstitusjoner (UiT – Norges arktiske universitet, SINTEF Ocean, Norner forskning, SINTEF Industri og Norsus) og fire internasjonale forskningsinstitusjoner. I tillegg deltar offentlige etater og organisasjoner som Fiskeridirektoratet, Miljødirektoratet, Norges Fiskarlag, Norges Råfisklag, Senter for Hav og Arktis og SALT.

SFI Biodegradable plastics er satt sammen av seks tema. Vi skal utvikle nye plasttyper, teste styrke, holdbarhet og nedbrytingstid, utføre forsøk på ulike fiskefartøy og oppdrettsanlegg, gjøre analyser av motivasjonen for å kunne ta i bruk nye materialer i fiskerinæringen, og analysere og teste gjenvinnbarheten av materialer fiskerinæringen bruker.

Arbeidet med å utvikle nye, smarte bio-nedbrytbare plasttyper hvor man kan kontrollere nedbrytningsgrad og -hastighet i et marint miljø, vil være med på å gi oss et løft innen forskning og industriell utvikling. Prosjektet skal utdanne mange PhD-, postdoktor- og mastergradsstudenter i løpet av de neste åtte årene. Vi er ikke i tvil om at senteret vil være bidra til å løfte kompetansenivået og konkurransefortrinn betydelig på dette området – i produksjonsbedrifter og på leverandørsiden. For fiskerinæringen vil introduksjon og bruk av de nye materialene utvilsomt gi næringen enda et løft i miljøprofilen.

Ordinær og bio-nedbrytbar plast i fiskerinæringen

Ordinære syntetiserte fibre er basis for tråd, nett og tauverk som brukes i fiskeriene. Disse lages av langkjedete karbon-molekyler, der råvaren kommer fra olje. Den kjemiske sammensetningen i ulike materialer som nylon, terylene og ulstron, og måten de produseres på, bestemmer styrke og holdbarhet. Hvis hele redskaper eller deler av dem tapes i naturen, så vil alle de vanlige materialene brytes langsomt ned. Sluttproduktet er mikroplast som blir værende i miljøet i uoverskuelig framtid. Tråd, nett og tauverk slites også under vanlig bruk. Det avgis dermed årlig tonnevis av mikroplast fra alle segmenter i fiskerinæringa. Dette vil vi gjøre noe med.

Vi vil i årene som kommer være i stand til å lage «smarte» materialer. Ved å tilsette forskjellige komponenter kan vi modulere nedbrytningshastighet. Ulike mikroorganismer, bakterier, alger og enzymer vil da kunne bryte materialene ned over tid. Sluttproduktene blir ufarlige produkter som vann og CO2. Det nye senteret må finne balansen mellom brukervennlighet, effektivitet og nedbrytingstid for å konkurrere med dagens produkter som anvendes i fiskeriene.