title: Βιοαποδόμηση γηρασμένων μικροπλαστικών σφαιριδίων πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE) με τη χρήση θαλλάσιας μικροβιακής κοινότητας
title: Biodegradation of aged high-density polyethylene microplastic pellets (HDPE) using marine microbial community
Creators: name: Δαρδαμανης Αλεξανδρος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: Το πλαστικό έχει καθιερωθεί πλήρως ως αναπόσπαστο στοιχείο της καθημερινής ζωής, εξυπηρετώντας ποικίλες ανάγκες της σύγχρονης κοινωνίας. Παρά τα πολυάριθμα πλεονεκτήματα του, ευθύνεται για σοβαρές περιβαλλοντικές συνέπειες, όπως η ρύπανση των θαλασσών και της ξηράς, με σημαντικές επιπτώσεις τόσο στους οργανισμούς όσο και στην ανθρώπινη υγεία. Η παρουσία του στον υδάτινο κόσμο προκαλεί πληθώρα προβλημάτων, όπως μεταφορά τοξικών ρύπων μέσω της τροφικής αλυσίδας και αλλοίωση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων. Τα θαλάσσια πλαστικά απόβλητα ποικίλλουν σε μορφή, σύνθεση και μέγεθος, με χαρακτηριστικό παράδειγμα τα πλαστικά pellets. Λόγω της ευρείας διασποράς τους, ακόμα και σε απομακρυσμένες περιοχές όπως η Ανταρκτική, και της ανθεκτικότητάς τους στην αποδόμηση, τα πλαστικά έχουν καταστεί παγκόσμιο περιβαλλοντικό πρόβλημα.
Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη της ικανότητας βιοαποδόμησης γερασμένων μικροπλαστικών σωματιδίων πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE) από θαλάσσιους μικροοργανισμούς, οι οποίοι συλλέχθηκαν από την πελαγική ζώνη του κόλπου της Σούδας στα Χανιά. Τα μικροσφαιρίδια (pellets) υπέστησαν πεντάμηνη έκθεση σε UV-A ακτινοβολία, προσομοιώνοντας συνθήκες φωτοαποδόμησης. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε προσομοιωμένο θαλάσσιο μικρόκοσμο, αρχικά χωρίς προσθήκη θρεπτικών ουσιών και έπειτα με προσθήκη γλυκόζης, για να αξιολογηθεί η επίδρασή της στη βιοαποδόμηση. Οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν επικεντρώθηκαν τόσο στο πολυμερές όσο και στο βιοφίλμ που σχηματίστηκε στην επιφάνειά του. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις βάρους, κατανομής του μεγέθους μικροπλαστικών, φασματοσκοπία υπέρυθρου με την τεχνική της αποσβένουσας ολικής ανάκλασης, συγκέντρωσης διαλυμένου οργανικού άνθρακα (DOC) και ποσοτικός προσδιορισμός μικροβιακής ανάπτυξης, ανάπτυξης των εξωκυτταρικών πολυμερών ουσιών (πρωτεΐνες) και μέτρηση κυττάρων στο πολυμερές και το βιοφίλμ αντίστοιχα.
Συνολικά, διαπιστώθηκε ότι οι θαλάσσιοι μικροοργανισμοί ήταν ικανοί να αναπτυχθούν και να επιβιώσουν στις συνθήκες του πειράματος, ανεξαρτήτως της παρουσίας πρόσθετων θρεπτικών ουσιών. Ωστόσο, η προσθήκη γλυκόζης ως εναλλακτική πηγή άνθρακα φάνηκε να αυξάνει τη μικροβιακή δραστηριότητα, χωρίς όμως να επηρεάζει σημαντικά την βιοαποδόμηση του HDPE.

description: Plastic has become fully established as an integral part of everyday life, serving a wide range of needs in modern society. Despite its numerous advantages, it is responsible for serious environmental consequences, such as pollution of the seas and land, with significant impacts on both organisms and human health. Its presence in the aquatic environment causes a multitude of problems, including the transfer of toxic pollutants through the food chain and the disruption of marine ecosystems. Marine plastic waste varies in form, composition, and size, with plastic pellets being a characteristic example. Due to their widespread dispersion, even in remote areas such as Antarctica, and their resistance to degradation, plastics have become a global environmental issue.
This thesis focuses on the study of the biodegradation potential of aged high-density polyethylene (HDPE) microplastic particles by marine microorganisms collected from the pelagic zone of the Souda Bay in Chania, Crete. The microspheres (pellets) underwent a five-month exposure to UV-A radiation to simulate photodegradation conditions. Subsequently, experiments were conducted in a simulated marine microcosm, initially without the addition of nutrients and later with the addition of glucose, in order to assess its effect on biodegradation. The analyses performed focused both on the polymer itself and on the biofilm formed on its surface. Measurements included weight, microplastic size distribution, infrared spectroscopy using attenuated total reflectance (ATR), dissolved organic carbon (DOC) concentration, and quantitative determination of microbial growth, development of extracellular polymeric substances (proteins), and cell counts on both the polymer and the biofilm.
Overall, it was found that the marine microorganisms were capable of growing and surviving under the experimental conditions, regardless of the presence of added nutrients. However, the addition of glucose as an alternative carbon source appeared to enhance microbial activity, although it did not significantly affect the biodegradation of HDPE.