При концентрации углекислого газа более чем в 470 раз превышающей атмосферную, скромная почвенная бактерия делает нечто выдающееся: она превращает газ в камень.
В будущем стены наших домов могут частично состоять из CO₂? Исследователи из Лаборатории механики грунтов Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), Университета прикладных наук и искусств Южной Швейцарии (SUPSI) и стартапа EPFL Medusoil SA продемонстрировали, что Bacillus megaterium — устойчивый и универсальный микроорганизм, обычно встречающийся в почве, пресной воде и морской среде или даже на поверхности растений, — может минерализовать углекислый газ (CO₂) в карбонат кальция (CaCO₃), минерал, из которого образуется известняк и мрамор. Их исследование было опубликовано в Scientific Reports.
Что отличает это исследование, так это не только сам биологический подвиг, но и качество и происхождение образовавшегося минерала. В условиях высокого содержания CO₂ — конкретно при концентрациях, превышающих атмосферные более чем в 470 раз, — B. megaterium изменил свою метаболическую стратегию. Используя фермент, называемый карбоангидразой, он преобразовал CO₂ в бикарбонат, который затем вступил в реакцию с ионами кальция, образовав твёрдый кальцит. Поразительно, но 94% полученного минерала были получены непосредственно из CO₂, а не из соединений на основе азота, таких как мочевина.
«Мы знаем, что десятки бактерий обладают потенциалом минерализации кристаллов, — говорит Димитриос Терзис, автор исследования, научный сотрудник Лаборатории механики грунтов EPFL и соучредитель Medusoil SA. — Однако уникальность нашей работы заключается в том, что мы демонстрируем возможность прямого использования CO₂. Потенциал, который нас ждёт, огромен, и наши команды не могут дождаться, чтобы расширить масштабы и максимизировать его».
Эта биологическая двойственность редка. B. megaterium обладает двумя метаболическими путями для индукции минералообразования: уреолизом, который зависит от соединений азота, и активностью карбоангидразы, которая использует CO₂ напрямую. В то время как первый давно изучен в контексте микробно-индуцированного осаждения кальцита (MICP), он производит нежелательные побочные продукты, такие как аммиак. Второй, напротив, предлагает более чистый путь — улавливание CO₂ и преобразование его в твёрдый минерал без токсичных остатков.
«Это исследование показывает, как экологическая микробиология в сочетании с передовыми лабораторными методами может выявить механизмы, которые в противном случае остались бы скрытыми», — говорит Памела Принципи, исследователь SUPSI. «Использование меченой мочевины C¹³ стало ключом к отслеживанию происхождения углерода в минерале, что позволило нам точно количественно оценить микробные пути. Это отличный пример того, как междисциплинарные подходы — объединяющие микробиологию, геохимию и материаловедение — могут привести к значимым открытиям».
Как разговоры о борьбе с изменением климата смещаются от компенсации выбросов углерода к предотвращению выбросов на источнике, это исследование указывает на новый путь вперёд — особенно для таких отраслей, как строительство и производство материалов, которые являются одними из крупнейших прямых источников выбросов парниковых газов. Встраивая углерод в минеральную форму, этот микроб открывает дверь к биологическим связующим веществам, улавливающим углерод, и даже к материалам для реставрации зданий и памятников.
Этот природный механизм предлагает реальный способ использовать биологию для достижения климатических целей, таких как улавливание CO₂ в точках выбросов, стабилизация почв или повышение долговечности инфраструктуры. «Medusoil обладает ноу-хау для работы с биореакторами и масштабирования микробного производства с помощью готовых к использованию в полевых условиях решений», — говорит Димитриос Терзис.
«Это исследование показывает, что, несмотря на такие проблемы, как необходимая высокая концентрация CO₂ и необходимость варьировать уровни его чистоты, критические параметры можно эффективно контролировать с помощью традиционных биотехнологий. Мы уверены, что сможем настроить наши рецепты и условия выращивания, чтобы внедрить B. megaterium в промышленное производство».
Предоставлено Ecole Polytechnique Federale de Lausanne