Skip to main content
European Commission logo print header

Biological Valorization of Methane Emissions

Article Category

Article available in the following languages:

Nowe szczepy drobnoustrojów konsumują gazy cieplarniane, wytwarzając przy tym wartościowe produkty uboczne

Finansowane ze środków UE przedsięwzięcie pomaga realizować cele zrównoważonego rozwoju, wykorzystując metan do produkcji środków chemicznych i towarów o wysokiej wartości dodanej.

Zmiana klimatu i środowisko icon Zmiana klimatu i środowisko
Technologie przemysłowe icon Technologie przemysłowe

Przetwarzanie odpadów płynnych i stałych jest jednym z procesów odpowiedzialnych za produkcję metanu, gazu cieplarnianego, którego ogromne ilości trafiają dziś do atmosfery. Gaz ten może jednak służyć również za pożywkę dla drobnoustrojów zwanych metanotrofami, które produkują pożyteczne związki chemiczne, zmieniając odpady w wartościowe zasoby i pomagając ograniczyć efekt cieplarniany. Niektóre metanotrofy naturalnie produkują cenne substancje chemiczne. Na przykład bakterie z rodzaju Methylocystis wytwarzają polihydroksymaślan (PHB), biodegradowalny plastik, a bakterie z rodzaju Methylomicrobium alcaliphilum produkują ektoinę, cenny osmoprotektant, którego cena rynkowa wynosi ponad 1000 euro za kilogram. Osmoprotektanty to niewielkie obojętne cząsteczki organiczne, które charakteryzują się niską toksycznością w wysokich stężeniach i pomagają organizmom przeżyć ekstremalny stres osmotyczny. Zespół realizowanego ze środków UE projektu CH4BioVal próbował zrozumieć i poprawić możliwości dwóch rodzajów metanotrofów, które produkują PHB i ektoinę. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie”.

Większa wydajność

By metanotrofy mogły służyć za ekonomicznie zrównoważoną platformę biotechnologiczną w skali przemysłowej, trzeba poprawić ich produktywność. Można to osiągnąć, zwiększając ilość wartościowych związków produkowanych naturalnie przez te organizmy. W tym celu należy opracować narzędzia genetyczne i bioinformatyczne potrzebne do rozszerzenia wąskiej obecnie gamy produktów, które można wytworzyć z metanu. Metanotrofy wykorzystują metan jako jedyne źródło węgla i energii i mają ogromny potencjał jako platforma służąca do inżynierii metabolicznej, która modyfikuje je i zmienia w „fabryki komórkowe”. Inicjatywa CH4BioVal przyczyniła się do rozwoju na tym polu, ponieważ w jej toku opracowano modele metaboliczne w skali genomu (GSMM). „Takie modele matematyczne bazujące na genomie metanotrofów pozwalają naukowcom lepiej zrozumieć metabolizm tych organizmów oraz to, jakie produkty mogą one wytwarzać z metanu”, tłumaczy Sergio Bordel, stypendysta programu „Maria Skłodowska-Curie”. Badacze skupili się na opracowaniu modeli GSMM, które pozwoliłyby naukowcom przewidywać zachowanie komórek w rożnych warunkach. Umożliwiły one również przewidywanie wyników manipulacji genetycznych wynikających z dodawania lub tłumienia nowych enzymów, a w efekcie także reakcji metabolicznych, w których enzymy te są katalizatorami. „Opracowaliśmy i zweryfikowaliśmy pierwsze modele GSMM dla metanotrofów typu II. Dostęp do tych modeli pozwoli na produkowanie z metanu substancji chemicznych na drodze procesów biologicznych”, wyjaśnia Bordel.

Przewidywalne wyniki

Modele GSMM były używane w ramach projektu CH4BioVal jako platformy inżynierii metabolicznej. „Taka manipulacja genetyczna, dająca szczepy produkujące z metanu wysokiej jakości produkty, pozwoli na budowę nowej biogospodarki opartej na gazach cieplarnianych, a tym samym przyniesie Europie korzyści środowiskowe i ekonomiczne”, komentuje Bordel. Projekt CH4BioVal pozwoli naukowcom badającym metanotrofy na lepsze zrozumienie metabolizmu tych organizmów, a dla przedsiębiorstw odpowiedzialnych za gospodarowanie odpadami będzie nowym źródłem budowania wartości firmy. Również środowisko naturalne skorzysta na ograniczeniu emisji metanu do atmosfery. W ramach projektu powstanie też nowa platforma służąca do produkcji substancji chemicznych z odnawialnych źródeł. Reasumujące, te ogromne korzyści będą służyć całemu społeczeństwu. „W rzeczywistości metan można wykorzystać na wiele innych opłacalnych sposobów, a nie tylko spalając go w celu pozyskania energii – przestańmy więc palić pieniądze!”, podsumowuje Bordel.

Słowa kluczowe

CH4BioVal, metan, metanotrof, gaz cieplarniany, PHB, ektoina, osmoprotektant, inżynieria metaboliczna, polihydroksymaślan, model metaboliczny w skali genomu

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania