При концентрации CO₂, превышающей атмосферную более чем в 470 раз, скромная почвенная бактерия совершает невероятное: превращает газ в камень! Это означает что в будущем стены наших домов могут изготавливаться практически из воздуха.
Исследователи лаборатории механики грунтов (EPFL), Университета прикладных наук и искусств Южной Швейцарии (SUPSI) и стартапа EPFL Medusoil SA продемонстрировали, что Bacillus megaterium — устойчивый космополитичный микроорганизм, встречающийся в почве, пресноводных и морских средах и на поверхности растений — способен минерализовывать углекислый газ (CO₂), превращая его в карбонат кальция (CaCO₃). Это минерал, из которого в основном состоит известняк, гипс и мрамор. Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.
Авторы отмечают не только сам по себе биохимический эффект, но и качество полученного минерала. В условиях высокого содержания углекислоты B. megaterium изменил свою метаболическую стратегию. С помощью фермента карбоангидразы он превращал CO2 в гидрокарбонат кальция Ca(HCO3)2, который затем вступал в реакцию со свободными ионами Ca2+, образуя твердый кальцит. Удивительно, но 94% полученного минерала было получено непосредственно из CO2, а не из соединений на основе азота, таких как мочевина.
Известно, что десятки бактерий обладают потенциалом минерализации органических веществ. Уникальность экспериментов с B. megaterium заключается в том, что кристаллическое вещество можно получить непосредственно из углекислого газа.
B. megaterium обладает двумя метаболическими путями, индуцирующими минералообразование: уреолиз, который зависит от соединений азота, и карбоангидразная активность, которая напрямую использует CO2. Хотя первый метод уже давно изучается в контексте микробиологического осаждения кальцита, он неизбежно приводит к образованию нежелательного побочного продукта — аммиака. Второй путь, напротив, предлагает чистый способ улавливания углекислоты и превращения ее в твердый минерал без токсичных, дурно пахнущих отходов.
Исследование ярко демонстрирует, как экологическая микробиология в сочетании с передовыми лабораторными методами может выявить механизмы, которые в противном случае оставались бы скрытыми. Мочевина, меченая углеродом-13, стала ключом к отслеживанию происхождения углерода в минерале. Это позволило ученым с высокой точностью количественно оценить микробные пути кристаллизации. Это прекрасный пример того, как междисциплинарные подходы, объединяющие микробиологию, геохимию и материаловедение, могут привести к важным открытиям, практическое значение которых обязательно проявится в будущем.
Промышленное внедрение новой технологии поможет убить двух зайцев — ограничить использование невозобновляемых природных ресурсов и сократить содержание в атмосфере CO2 — главного фактора парникового эффекта и глобального потепления. Главное — снизить себестоимость произведенных строительных материалов по сравнению с затратами на лабораторные опыты.
О проекте извлечения редких металлов из горных пород с помощью бактерий читайте в материале Hi-Tech Mail.