Экстремофилы могут содержать ключи к технологиям борьбы с изменением климата

Исследование микробных сообществ в экстремальных средах, таких как грязевые вулканы Италии, открывает новые знания о биогеохимических циклах и потенциальных биотехнологических применениях. Проект VOLCANO изучал бактерии в кислых грязевых бассейнах спящего вулкана Сольфатара близ Неаполя, на острове Вулькано и, случайно обнаруженном, острове Пантеллерия. Эти места являются значительным источником парникового газа метана.

Особое значение имеет открытие, что редкоземельные элементы (РЗЭ) являются необходимым условием для жизни некоторых бактерий. Команда профессора Хьюба Оп ден Кампа из Университета Радбауд установила, что церий — самый распространенный из лантаноидов — выступает кофактором фермента у бактерии Methylacidiphilum fumariolicum SolV, окисляющей метан в условиях экстремальной кислотности (pH < 1). Это открытие положило начало новому направлению исследований. Оказалось, что зависимость от РЗЭ среди бактерий распространена шире, включая организмы из донных отложений Северного моря.

Полученные знания имеют ряд потенциальных применений. Понимание того, как бактерии используют РЗЭ, может помочь в рециклинге этих металлов из электронных устройств. Манипулируя доступностью лантаноидов, можно направлять метаболизм бактерий на производство экологичного биотоплива, например, метанола. Также было обнаружено, что та же бактерия может использовать следовые количества атмосферного водорода (всего 0.5 ppm), что потенциально усиливает окисление метана и дает подсказки для будущей «водородной экономики».

Хотя многие приложения, такие как фильтры для снижения выбросов метана от скота, пока технически сложны, это исследование критически важно для фундаментального понимания циклов элементов, влияющих на климат. Экстремальные среды с низким биоразнообразием служат удобной моделью для изучения, но продолжают преподносить сюрпризы, как, например, неожиданное обнаружение метаногенных бактерий в почве Пантеллерии.

Ученые подчеркивают, что экстремофилы и их стабильные ферменты («экстремоцимы») перспективны для биотехнологий, способных выдерживать жесткие промышленные условия. Примером служит термостойкая Taq-полимераза, выделенная из бактерий горячих источников Йеллоустоуна и ставшая основой ПЦР-диагностики. Изучение этих организмов открывает путь к созданию устойчивой биоэкономики и углублению знаний о регуляции потоков парниковых газов в уникальных экосистемах, подобных грязевым вулканам.