Бактерии могут обнаруживать утечки на объектах захвата углерода

Бактерии и археи могут использоваться для мониторинга хранимого диоксида углерода (CO₂) и его преобразования в полезные продукты, такие как этанол и ацетат. К такому выводу пришли исследователи из Шотландской ассоциации морских наук (SAMS) и Университета Осло. В статье, опубликованной 3 октября в Trends in Biotechnology, они обсуждают, как новые биоинформатические инструменты позволят отслеживать сдвиги в генетике микробных сообществ — например, для обнаружения потенциальных утечек CO₂. Такой анализ может способствовать реализации крупномасштабного захвата и хранения CO₂.

Захват CO₂ из крупных точечных источников и его хранение в подземных геологических формациях (carbon capture and storage, CCS) считается перспективным способом снизить его концентрацию в атмосфере. Однако это решение сопряжено с рисками. Биогеохимик SAMS Натали Хикс отмечает, что одна из главных проблем CCS — экологические последствия в случае утечки и сложности её обнаружения.

Авторы, в числе которых генетики и инженеры, предлагают, помимо физических методов мониторинга (например, измерения уровня CO₂), использовать для обнаружения утечек бактерии и археи, обитающие в донных отложениях над хранилищами. Они ссылаются на эксперимент с моделированием утечки CO₂ в подводном резервуаре у западного побережья Шотландии, где изменения в микробных сообществах были обнаружены ещё до того, как они затронули другие организмы.

Для реализации этого подхода потребуется больше данных о микробных сообществах и их реакции на колебания CO₂, а также разработка инструментов для секвенирования и анализа геномных и метагеномных данных. Это позволит обнаруживать даже небольшие изменения в реакции микробов.

Кроме того, бактерии и археи могут помочь преобразовать хранимый CO₂ в полезные продукты: этанол, ацетат, ацетон, лактат и метан. Биолог Университета Норвегии Унни Вик отмечает, что метаболические пути, ассимилирующие CO₂, хорошо известны, а в последние годы были обнаружены и пути его преобразования в указанные химикаты. Эти пути «обнаружены у значительной части прокариот, и мы ожидаем, что будет открыто ещё больше путей усвоения CO₂».

Манипулируя типами микробов вокруг объектов CCS, часть CO₂ можно преобразовать в топливо или другие продукты для промышленного использования (carbon capture and utilization, CCU). Возможно даже синтетическое модифицирование бактерий для производства определённых химических веществ, если это будет безопасно и эффективно (например, недавно E. coli была модифицирована для производства сахара из CO₂).

Хотя для превращения этой концепции в реальность предстоит много работы, исследователи считают её перспективной. Как говорит Кьетиль С. Якобсен из Университета Осло, существует компромисс между рисками и необходимостью контролировать и снижать уровень CO₂, и для решения такой масштабной проблемы, как закисление океана, возможно, придётся использовать подобные техники.