Учёные расшифровывают генетическую информацию микробов в биогазовых установках

Ежедневно легионы микроорганизмов работают над производством энергии из отходов в биогазовых установках. Исследователи из Центра биотехнологий (CeBiTec) Билефельдского университета изучают, какие микробы справляются с этой задачей лучше всего. Они анализируют всю генетическую информацию микробных сообществ в выбранных биогазовых установках по всей Германии.

В Германии более 7000 биогазовых установок, которые могут снабжать электроэнергией более шести миллионов домохозяйств. Один из ключевых вопросов исследования — как оптимизировать производство биогаза. Учёные хотят узнать, какие микробы ответственны за разложение биомассы и какие из них делают это наиболее эффективно.

Первый расшифрованный геном

Исследователям уже удалось расшифровать полную последовательность генома Methanoculleus bourgensis — продуцента метана. Это первый секвенированный геном археи, производящей метан, из биогазовой установки.

Сборка гигантского пазла

Проект является частью общедоступной программы секвенирования (Community Sequencing Program) Калифорнийского института совместного секвенирования геномов (Joint Genome Institute), финансируемой Министерством энергетики США. В отличие от предыдущих исследований, сосредоточенных на определённых генах-маркерах, теперь будет изучена вся генетическая информация микроорганизмов.

Американский институт произведёт более одного терабайта данных последовательностей, что эквивалентно примерно 300 человеческим геномам. Данные будут представлены в виде бесчисленного количества фрагментов, поскольку даже самые современные технологии не способны прочитать за один раз миллионы оснований, из которых состоит молекула ДНК микроорганизма. Вместо этого технологии секвенирования поставляют огромное количество перекрывающихся участков длиной около 150 оснований.

Задача биоинформатиков в CeBiTec — сравнить данные, распознать перекрытия и использовать их для восстановления последовательности оснований. Учёные сравнивают эту работу со сборкой пазла из миллиардов кусочков, который также включает в себя сотни разных пазлов, смешанных вместе.

Новые возможности одноклеточной геномики

Исследователи также применяют новую технологию — одноклеточную геномику, которая позволяет определять последовательность генома из отдельных микробных клеток. Ожидается, что это даст знания о идентичности и функциях до сих пор совершенно неизвестных микроорганизмов. В рамках совместного проекта Институт совместного секвенирования геномов секвенирует примерно 100 одноклеточных геномов.

На проект запланировано примерно два года. В конце исследователи надеются обнаружить оптимальное микробное сообщество для биогазовых установок и, таким образом, сделать этот процесс производства энергии ещё более эффективным.

Справочная информация

Биогазовые установки производят метан путём ферментации растительной биомассы, который можно использовать для выработки электроэнергии и тепла. Этот процесс, аналогичный происходящему в пищеварительном тракте крупного рогатого скота, имеет нейтральный баланс диоксида углерода и поэтому не способствует глобальному потеплению. В отличие от других возобновляемых источников энергии, например, зависящих от погоды ветра и солнца, метан можно производить постоянно и хранить. Это позволяет преобразовывать его в электроэнергию или тепло по мере необходимости.