Wissenschaftler isolieren Mikroben, die Kohlendioxid fressen
Forscher gehen neue Wege, um Cyanobakterien zur Kohlenstoffabscheidung aus der Atmosphäre zu nutzen
Im September letzten Jahres reisten Wissenschaftler im Rahmen des 2 Frontiers Projekts auf die italienische Insel Vulcano (der Name ist Programm), wo ein Teil des Wassers, das unter dem ruhenden Vulkan entweicht, einen hohen Kohlendioxidgehalt aufweist. Ein Team von Tauchern sammelte zahlreiche Proben von Meerwasser mit unterschiedlich hohem Kohlendioxidgehalt. Anschließend bereiteten sie die Proben in einem Feldlabor auf, wo paarweise DNA-Sequenzierungs- und Kultivierungsexperimente durchgeführt wurden.
Die Ergebnisse werden es den Forschern ermöglichen, die Entwicklung des Lebens entlang eines Gradienten von gelöstem Kohlenstoff zu charakterisieren und zu nutzen. Das Team ist dabei, neue kohlenstoffbindende Organismen aus diesen Proben zu kultivieren und eine lebende Datenbank für die wissenschaftliche Gemeinschaft aufzubauen. Ein zweites Forschungsprogramm wird derzeit an einer heißen Quelle in den Rocky Mountains durchgeführt, wo die Kohlendioxidkonzentration noch höher ist. Diese Proben werden jetzt analysiert.
Kohlendioxid verschlingen
In diesen warmen Gewässern in Italien fanden die Wissenschaftler Mikroben, die Kohlendioxid “erstaunlich schnell” verschlingen, wie sie gegenüber The Guardian erklärten. Sie hoffen nun, diese Mikroben nutzen zu können, um Kohlendioxid zu absorbieren und es so effizient aus der Atmosphäre zu entfernen. Die Beendigung der Verbrennung fossiler Brennstoffe ist für die Beendigung der Klimakrise von entscheidender Bedeutung, aber die meisten Wissenschaftler sind sich einig, dass auch Kohlendioxid aus der Luft entfernt werden muss, um zu verhindern, dass die globalen Durchschnittstemperaturen so weit außer Kontrolle geraten, dass die Menschen die Erde nicht mehr bewohnen können.
Die neue Mikrobe, eine so genannte Cyanobakterie, verwandelt Kohlendioxid schneller in Biomasse als alle anderen bekannten Bakterien. Die Forscher erklärten, dass alle ihre Daten über die Mikroben veröffentlicht und anderen Wissenschaftlern in Form einer Datenbank zur Verfügung gestellt werden, in der DNA-Sequenzen mit den in der Datenbank gespeicherten Proben der Bakterien gepaart werden.
Dr. Braden Tierney, Professor am Weill Cornell Medical College und an der Harvard Medical School, sagte: “Unser leitender Mitarbeiter in Harvard isolierte diesen Organismus, der im Vergleich zu anderen Cyanobakterien erstaunlich schnell wuchs. Das Projekt profitiert von 3,6 Milliarden Jahren mikrobieller Evolution. Das Schöne an Mikroben ist, dass sie selbstorganisierende Maschinen sind. Das ist bei vielen chemischen Ansätzen [zur Kohlenstoffabscheidung] nicht der Fall.
Die neue Mikrobe habe eine weitere ungewöhnliche Eigenschaft, so Tierney. Sie sinkt im Wasser, was dazu beitragen könnte, das von ihr absorbierte Kohlendioxid zu binden. Dennoch ist die Cyanobakterie keine magische Lösung für das Problem des zu hohen Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre.
“Es gibt wirklich keine Einheitslösung für den Klimawandel und die Kohlenstoffbindung. Es wird Situationen geben, in denen der Baum den Mikroben oder Pilzen überlegen ist. Aber es wird auch Situationen geben, in denen man wirklich eine schnell wachsende aquatische Mikrobe braucht, die sich absenkt”, sagte er. Sie könnten in großen, kohlenstoffbindenden Teichen eingesetzt werden, sagte er. Sie könnten auch in der Lage sein, einen nützlichen Biokunststoff zu produzieren.
Das Projekt wurde von dem Biotechnologieunternehmen Seed Health finanziert, das Tierney auch als Berater eingestellt hat. Das Unternehmen vertreibt bereits Probiotika für die menschliche Gesundheit, hat ein Probiotikum für Bienen entwickelt und erforscht den Einsatz von mikrobiellen Enzymen zum Abbau von Kunststoffen.
“Seed Health wurde in der Überzeugung gegründet, dass wir durch die Erschließung des immensen Potenzials des Mikrobioms in der Lage sind, die Gesundheit der Menschen und des Planeten entscheidend zu verbessern”, so Raja Dhir, Co-Chef des Unternehmens. “Unsere Arbeit mit Dr. Tierney steht genau im Einklang mit dieser Mission und kann dazu beitragen, neue Modelle [für die] Kohlenstoffabscheidung zu erschließen.“
Gentechnologie und Kohlendioxid
Die Idee, Bakterien zur Abscheidung von Kohlendioxid zu verwenden, ist ein aktives Gebiet für Forscher auf der ganzen Welt. Ein Forschungsbericht aus dem vergangenen Jahr enthielt eine umfassende Übersicht über diese Forschung und kam zu folgendem Schluss:
“Die CO2-Abscheidung durch Bakterien ist eine attraktive Option für die Eindämmung des Klimawandels und die unmittelbare Herstellung biobasierter Rohstoffe mit Mehrwert aus CO2. Um die Produktion dieser wertvollen Rohstoffe aus CO2 zu erweitern, müssen jedoch revolutionäre Innovationen eingesetzt und weiterentwickelt werden, die die wichtigsten biotechnoogischen Methoden (synthetische Biologie, Stoffwechsel- und Gentechnik) umfassen.
“In dieser Übersichtsarbeit wurden verschiedene neuartige gentechnische und synthetische Ansätze diskutiert, die bei der Entwicklung von Bakterien zur verbesserten CO2-Abscheidung und ‑Nutzung eingesetzt werden. Angesichts der zunehmenden Bedeutung der Klimasanierung wird die Verwendung von Bakterien, die auf eine starke Senkung der Wertschöpfung des extrahierten Kohlendioxids, die Verwendung von Abfallrohstoffen und den Fußabdruck abzielen, in Zukunft im Mittelpunkt stehen.
“Das sich aus dieser Übersicht ergebende Bild unterstreicht die Notwendigkeit künftiger Studien, die sich auf die Auswahl effizienter Bakterien, gentechnische Veränderungen sowie die Entwicklung und den Aufbau synthetischer Stoffwechselwege konzentrieren sollten. Dies wird dazu beitragen, die Kosten für die Produktion von biobasierten Produkten mit Mehrwert durch CO2-Abscheidung und ‑Umwandlung durch Bakterien zu senken.
“Schließlich könnte es produktiver sein, die bakterielle CO2-Fixierung zusätzlich zu anderen industriellen Verfahren wie der Behandlung von Abgasen und Abwässern, der Raffination von Biogas und der direkten Herstellung von Rohstoffen aus CO2 zu integrieren. Dies könnte dazu beitragen, die primären ökologischen Probleme der globalen Erwärmung anzugehen und gleichzeitig die üblichen Kosten- und Leistungsbeschränkungen bei der mikrobiologischen CO2-Abscheidung und ‑Umwandlung in großem Maßstab sowie die technologischen Fortschritte zu verringern”.
Der Bericht legt nahe, dass Bakterien nicht nur CO2 abscheiden, sondern auch nützliche Chemikalien produzieren könnten.
“Die Verwendung modifizierter Bakterien zur CO2-Bewirtschaftung hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie nützliche industrielle Nebenprodukte wie Biokraftstoffe, pharmazeutische Verbindungen und Biokunststoffe erzeugen”, so die Forscher.
Das US-Unternehmen LanzaTech nutzt bereits Bakterien, um CO2 in kommerzielle Kraftstoffe und Chemikalien umzuwandeln. Auf seiner Website heißt es: “Die Kohlenstoffrecyclingtechnologie von LanzaTech ist so, als würde man eine Brauerei auf eine Emissionsquelle wie ein Stahlwerk oder eine Mülldeponie nachrüsten, aber anstatt Zucker und Hefe zur Bierherstellung zu verwenden, wird die Verschmutzung von Bakterien in Kraftstoffe und Chemikalien umgewandelt! Stellen Sie sich vor, dass Ihr Flugzeug mit recycelten Treibhausgasemissionen angetrieben wird, während Ihre Shampooflasche ursprünglich aus den Emissionen eines Stahlwerks stammt.“
CyanoCapture, ein britisches Unternehmen, das von Shell und Elon Musk unterstützt wird [das ist uns neu!], nutzt Cyanobakterien zur Herstellung von Biomasse und biologischen Ölen. Zahlreiche Unternehmen arbeiten an der Verwendung von Algen zur Herstellung von Biokraftstoffen, obwohl ExxonMobil seine diesbezüglichen Forschungen kürzlich eingestellt hat.
Das Fazit
Rex Tillerson, ehemaliger CEO von ExxonMobil, spottete einst, dass sich die Menschen einfach an ein wärmeres Klima anpassen müssten. Es ist schwer vorstellbar, dass jemand, der so reich und mächtig ist, so unerbittlich dumm sein kann. Ja, Organismen passen sich an, aber nicht innerhalb von Jahren oder gar Jahrzehnten. Wie die Forscher des 2 Frontiers Project feststellten, dauerte es einige Milliarden Jahre, bis die Cyanobakterien ihren Appetit auf Kohlendioxid entwickelten.
Sobald der Mensch die Umwelt, die uns ernährt, zerstört hat — nach aktuellen Berichten in weniger als hundert Jahren — könnten in den folgenden Äonen neue Arten entstehen. Aber den Homo sapiens wird es nicht mehr geben, es sei denn, wir tun das, von dem wir alle wissen, dass es für die Erhaltung menschlichen Lebens unerlässlich ist — wir hören auf, fossile Brennstoffe zu fördern und zu verbrennen.
Originalpublikation
H. Onyeaka#1 and O. C. Ekwebelem#; 'A review of recent advances in engineering bacteria for enhanced CO2 capture and utilization' in Int J Environ Sci Technol (Tehran). 2023; 20(4): 4635–4648. Published online 2022 Jun 20. doi: 10.1007/s13762-022-04303-8
Source:
IBB Netzwerk, Pressemitteilung, 2023-04-21.