Как микробы в сточных водах могут сделать наши города более устойчивыми
Микробы в сточных водах — это кладезь полезной информации, которую можно извлечь из их ДНК и РНК. Разнообразие этих микробов может «рассказать», как получить больше возобновляемой энергии из наших отходов.
Живая масса осадка
Ключевая технология преобразования отходов в энергию, полностью зависящая от микробов, — это анаэробное сбраживание. Осадок сточных вод закачивается в большие резервуары без кислорода, где микробы за несколько дней «поедают» осадок и выделяют биогаз. Процесс уменьшает массу осадка и количество патогенов, одновременно производя возобновляемую энергию.
Однако процесс эффективен только если эти живые «реакторы» ведут себя стабильно. Иногда они выходят из-под контроля без предупреждения. Эти микробы похожи на микробы нашего кишечника и столь же чувствительны.
ДНК — окно в невидимый мир
В ARC Biosolids Training Center разрабатывают инструменты рутинного мониторинга на основе ДНК, чтобы сделать анаэробное сбраживание проще и дешевле для коммунальных служб. ДНК рассказывает историю тысяч различных типов микробов, которые совместно перерабатывают осадок. Чтобы оптимизировать процесс, нужно идентифицировать как «нарушителей спокойствия», так и «помощников».
Для этого требуются эмпирические исследования, чтобы связать данные о микробной ДНК с параметрами процесса. В обзоре роли микробов для мониторинга анаэробного сбраживания рассматриваются, в том числе, метрики разнообразия, которые экологи используют для оценки здоровья всей системы на основе состава микробов.
Странные и удивительные
Микробы, перерабатывающие осадок, представляют собой разнообразный спектр древних, странных, порой инопланетных бактерий и архей (другой формы одноклеточных организмов). Они могут метаболизировать материалы, которые не под силу другим формам жизни.
Удивительно, но некоторые из них существовали 3,5 миллиарда лет назад (Земля образовалась 4,5 миллиарда лет назад). Есть даже шанс, что некоторые существовали на Марсе.
Сообщество микробов в осадке очень активно: есть «хулиганы», есть «коллаборационисты». Считая их через ДНК, мы узнаем, сколько разных типов микробов присутствует и как часто они встречаются. Это подсчитанное разнообразие может сказать нам, здорова система или нет.
Для здоровой, продуктивной системы нужно разнообразие — как можно больше разных микробов — чтобы обеспечить стабильность. Если какой-то конкретный организм начинает расти быстрее или медленнее, это означает, что что-то выходит из-под контроля.
Этими знаниями можно воспользоваться для разработки оценок риска для операторов очистных сооружений. Исследования продолжаются, чтобы однажды мы могли правильно «услышать» наших поедающих осадок микробов и извлечь больше пользы из наших отходов.