Бактерии, извлекающие редкоземельные элементы, также могут улавливать углерод

Микроорганизм Gluconobacter oxydans (G. oxydans), способный безопасно извлекать редкоземельные и другие критические элементы для производства спутников и солнечных панелей, обладает ещё одной суперспособностью: захватывать диоксид углерода (CO₂).

Три статьи, опубликованные за последний месяц исследователями из Корнеллского университета, описывают новые стратегии использования бактерии G. oxydans для более эффективного растворения горных пород. Это позволяет не только добывать металлы для передовых технологий, но и ускорять естественные процессы захвата CO₂ из воздуха.

Проблема и цель

Традиционные методы добычи металлов наносят огромный экологический ущерб, а США почти полностью зависят от иностранных поставок этих элементов. В природе такие металлы, как магний, железо и кальций, могут реагировать с атмосферным CO₂, образуя новые минералы, которые навсегда связывают этот парниковый газ. Учёные стремятся использовать естественные процессы, но «повысить их эффективность и улучшить устойчивость».

Ключевые достижения в новых работах:

1. Улучшение биовыщелачивания редкоземельных элементов на 73% (Communications Biology)

   • Ранее были обнаружены гены, способствующие закислению среды бактерией G. oxydans B58.
   • Внесение двух одновременных правок в геном: одна напрямую ускоряет выработку кислоты, а вторая «снимает тормоза» с этого процесса.
   • Это повысило эффективность биодобычи редкоземельных элементов до 73%.

2. Повышение эффективности извлечения элементов G. oxydans до 111% (Communications Biology)

   • Исследование выявило, что бактерия использует для извлечения металлов не только кислоты.
   • Систематический анализ генома высокопроизводительного штамма B58 позволил идентифицировать 89 генов, важных для биовыщелачивания, 68 из которых ранее не были известны для этой цели.
   • Обнаружено, что разные гены G. oxydans участвуют в процессе захвата углерода и в процессе извлечения редкоземельных элементов, что позволяет целенаправленно конструировать микроорганизмы под конкретную задачу.

3. Ускорение естественного процесса захвата углерода в 58 раз (Scientific Reports)

   • Это первая работа, характеризующая взаимодействие G. oxydans с ультраосновными минералами (породами, богатыми магнием и железом).
   • Микробы эффективно разрушают породу, высвобождая кальций и магний, которые в присутствии воды реагируют с CO₂ с образованием известняка, навсегда связывающего CO₂.
   • Процесс происходит в обычных условиях, при низких температурах, без использования агрессивных химикатов, и попутно позволяет извлекать такие металлы, как никель.

Значение

Хотя до 20% мировой меди сегодня добывается с помощью микробных процессов, для добычи других металлов таких микроорганизмов не существует. Лаборатории Барстоу и Газеля создают собственные биодобывающие микробы с помощью генной инженерии, предлагая двукратное решение: добычу критически важных металлов и постоянное связывание CO₂.