EN / DA
Miljø og bæredygtighed

Elektrisk partnerskab mellem mikrober øger drivhuseffekt

Intensiv opdyrkning af landjord har, kombineret med global opvarmning, øget jorderosion markant med store miljøkonsekvenser til følge. Danske forskere har fundet frem til, at elektrisk ladede partikler udskilt via erosion har en uventet effekt. De stimulerer usædvanlige elektriske partnerskaber mellem bakterier, der derved producerer flere drivhusgasser. Forskerne håber at gøre bakterierne bæredygtige ved at høste elektricitet og kulstof.

Mikrober er, som mennesker, vidt forskellige. De fleste foretrækker at leve under normale temperaturer og i normale miljøer. Nogle trives dog i ekstrem kulde og varme, under meget høje tryk, ved høj saltholdighed eller surhed. Nogle spiser organisk materiale, mens andre foretrækker sten, kemikalier eller ligefrem tungmetaller. Nu har danske forskere fundet et meget usædvanligt partnerskab, hvor bakterien Geobacter fodrer mikroorganismen Methanosarcina - med elektricitet.

"Under vores undersøgelser i Den Botniske Bugt fandt vi det her meget usædvanlige parløb mellem to mikroorganismer, der deler deres måltider, om man så må sige. Én lever af komplekse organiske stoffer fra aflejringer. Det får den til at frigøre elektroner, som til gengæld kan fodre den anden art, som så udleder drivhusgasserne CO2 og metan. Men processen kræver elektrisk ledende partikler, og det er dér, erosionen kommer ind i billedet. Erosion leder ladede partikler ud i havet og skaber derved de ideelle livsbetingelser for dette underlige par, der altså lever af elektriske strømme og til gengæld udsender potente drivhusgasser," forklarer en af studiets hovedforfattere, Amelia-Elena Rotaru fra Syddansk Universitet.

En mystisk symbiose

Forskerne havde valgt et område af Den Botniske Bugt, hvor vandet fra hele otte floder fra Sverige og Finland ledes ud. Især udvaskning fra områdets skovbrug og fra nærliggende industrier medfører en øget jorderosion og udvaskning af ladede mineraler i bugten, heriblandt de ledende partikler, som er essentielle for samarbejdet mellem Geobacter og de metanproducerende Methanosarcina, som forskerne fandt i rigt mål i området.

"Det er første gang nogensinde, at man har fundet den her type elektrisk samarbejde mellem disse mikroorganismer. Undersøgelsen viser, at så længe ladede partikler er til rådighed, fortsætter de begge med at vokse, men hvis vi fjerner de ladede partikler, dør Geobacterne, og de metanproducerende Methanosarcina sænker deres aktivitet dramatisk.”

Symbiosen mellem de to består i, at mens Geobacter fodrer Methanosarcina med elektroner via de ladede partikler, så sikrer Methanosarcina til gengæld, at andre typer af mikroorganismer enten ikke har ressourcer nok eller har svært ved at leve i det metanholdige miljø.

”De ladede partikler er altså afgørende for, at de to bakterier trives. Et eksempel på de ladede partikler, der udvaskes via landerosion i østersøområdet, er et jernmineral, magnetit, og den øgede udvaskning af det til Østersøen kan altså påvirke bakteriesammensætningen i nærmiljøet, men derved også udledningen af drivhusgasser generelt.”

Energi fra mikroorganismer

Denne nye viden er vigtig, fordi den afslører nogle af de potentielle negative effekter af landerosion i form af en øget udledning af drivhusgassen metan. Det er dog lige så vigtigt at bruge den nye viden til at blive bedre til at omdanne affald til metan og derefter bruge det som naturgas.

”Det er ikke nemt at kontrollere udledningen af metan i naturen, men under kontrollerede forhold kan vi omdanne metangassen til naturgas. Så mens vi i naturen skal forsøge at undgå udvaskningen af de her ladede partikler, så kan vi bruge de selvsamme partikler til at optimere væksten af mikroorganismerne i de såkaldte rådnetanke, hvor affaldet omdannes til energi.”

Så i stedet for kun at fokusere på at forhindre de negative effekter af mikroorganismer forsøger Amelia-Elena Rotaru og hendes team at finde en metode til at få mikroorganismer til at arbejde for os, så vi kan fremstille energi og potentielt også forskellige typer af værdifulde kemikalier.

"Hvis vi kan finde en måde, hvorpå vi kan bruge mikrobers elektriske egenskabertil at gemme kulstof og elektricitet, mens der produceres biologisk nedbrydelige og sikre materialer, der ligner dem, der er lavet i dag fra fossile brændstoffer, vil vi have opnået vores ultimative mål: at fremme et bæredygtigt samfund," slutter Amelia- Elena Rotaru.

Artiklen ”Conductive particles enable syntrophic acetate oxidation between Geobacter and Methanosarcina from coastal sediments” er udkommet i tidsskriftet mBio. En af hovedforfatterne bag studierne, Amelia-Elena Rotaru, modtog i 2015 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Microbial chemical plants: harnessing microbial metabolism for the production of valuable chemicals”.

Amelia-Elena Rotaru
Assistant professor
We investigate how to harness microbial metabolisms in order to produce fossil fuel-free renewable resources and control harmful microbial processes. For these purposes, we look at extracellular electron transfer for energy metabolism in various microorganisms.There is a fundamental aspect to all these applied microbiology goals, namely how microorganisms make use of solid surfaces in nature and man-made systems (minerals, metal structures, electrodes, the surface of other microorganisms) in order to gain energy and/or respire. We are working on: future biotechnologies and biorefineries for recovery of renewable resources (biogas, renewable energy) into valuable chemicals impact of conductive minerals in the global biogeochemical cycling of elements monitoring and prevention of iron corrosion of useful infrastructure like for example oil and gas pipes, storage containers carrying pollutants or radionuclides