Cyanobakterium verwandelt CO2 schneller in Biomasse als alle anderen Verwandten
Forscher testen neue Möglichkeiten, Cyanobakterien zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre einzusetzen, schreibt Steve Hanley auf CleanTechnica. Im September 2022 reisten Wissenschaftler im Rahmen des Projekts 2 Frontiers auf die italienische Insel Vulcano, wo ein Teil des unter dem ruhenden Vulkan entweichenden Wassers viel Kohlendioxid enthältt. Ein Team von Tauchern sammelte zahlreiche Proben von Meerwasser. Anschließend bereiteten sie die Proben in einem Feldlabor auf, wo paarweise DNA-Sequenzierungs- und Kultivierungsexperimente durchgeführt wurden.
Krater La Fossa auf Vulcano – Foto © Carsten Steger – Eig. Werk, CC BY-SA 4.0, commons.wikimedia.org
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Das Team will neue kohlenstoffbindende Organismen aus diesen Proben kultivieren und eine lebende Datenbank für die wissenschaftliche Gemeinschaft aufzubauen. Ein zweites Forschungsprogramm wird derzeit an einer heißen Quelle in den Rocky Mountains durchgeführt, wo die Kohlendioxidkonzentration noch höher ist. Diese Proben werden soeben analysiert.
Kohlendioxid verschlingen
In den warmen Gewässern in Italien fanden die Wissenschaftler Mikroben, die Kohlendioxid „erstaunlich schnell“ auffressen, wie sie gegenüber dem britischen Guardian erklärten. Sie hoffen nun, mithilfe dieser Mikroben Kohlendioxid zu absorbieren und es so effizient aus der Atmosphäre zu entfernen. Die neue Mikrobe, ein Cyanobakterium, verwandelt Kohlendioxid schneller in Biomasse als alle anderen Verwandten. Die Forscher wollen alle ihre Daten über die Mikroben anderen Wissenschaftlern in Form einer Datenbank zur Verfügung stellen, in der DNA-Sequenzen mit gespeicherten Proben der Bakterien gepaart werden.
Die Mikrobe hat eine ungewöhnliche Eigenschaft: Sie sinkt im Wasser, was dazu beitragen könnte, das von ihr absorbierte Kohlendioxid zu binden. Dennoch ist die Cyanobakterie kein Patantrezept für das Problem des zu hohen Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre.
Gentechnologie und Kohlendioxid
Die Idee, Bakterien zur Abscheidung von Kohlendioxid zu verwenden, ist ein aktives Gebiet für Forscher auf der ganzen Welt. Ein im International Journal of Environmental Science and Technology unter dem Titel „A review of recent advances in engineering bacteria for enhanced CO2 capture and utilization“ open access veröffentlichter Forschungsbericht vom Juni 2022 enthielt eine umfassende Übersicht über diese Forschung und kam zu folgendem Schluss: „Die CO2-Abscheidung durch Bakterien ist eine attraktive Option für die Eindämmung des Klimawandels und die unmittelbare Herstellung biobasierter Rohstoffe mit Mehrwert aus CO2. Um die Produktion dieser wertvollen Rohstoffe aus CO2 zu erweitern, müssen jedoch revolutionäre Innovationen eingesetzt und weiterentwickelt werden, welche die wichtigsten biotechnologischen Methoden (synthetische Biologie, Stoffwechsel- und Gentechnik) umfassen.
Abstract der Arbeit
„CO2 wird durch bestimmte anthropogene Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Treibstoffe und die Industrieproduktion in die Atmosphäre freigesetzt. Infolgedessen haben sich die Ängste vor der katastrophalen globalen Erwärmung und dem Klimawandel verstärkt. Angesichts dieser Herausforderungen sind herkömmliche CO2-Abscheidungstechnologien in der Regel ineffektiv, gefährlich und tragen zur sekundären Umweltverschmutzung bei. Biologische Systeme für die CO2-Umwandlung bieten dagegen aufgrund ihrer hohen Anwendungsselektivität und Anpassungsfähigkeit einen potenziellen Weg in die Zukunft. Darüber hinaus können viele Bakterien CO2 als einzige Kohlenstoffquelle nutzen und in wertschöpfende Produkte umwandeln. Der Zweck dieser Übersichtsarbeit ist es, die jüngsten bedeutenden Durchbrüche bei der Entwicklung von Bakterien zur Nutzung von CO2 und anderen Ein-Kohlenstoff-Verbindungen als Substrat zu diskutieren. In diesem Zusammenhang werden auch Aspekte wie mikrobielle CO2-Fixierungswege, an der CO2-Fixierung beteiligte Bakterien, aktuelle genetische und metabolische Ansätze für die CO2-Fixierung sowie vielversprechende Forschungsrichtungen für die Herstellung von Mehrwertprodukten aus CO2 zusammengefasst und vorgestellt. Die Ergebnisse dieser Übersichtsarbeit zeigen, dass der Einsatz biologischer Systeme wie modifizierter Bakterien zur CO2-Bewirtschaftung den zusätzlichen Vorteil hat, nützliche industrielle Nebenprodukte wie Biokraftstoffe, pharmazeutische Verbindungen und Biokunststoffe zu erzeugen. Der größte Nachteil aus wirtschaftlicher Sicht lag bisher in den Anbaumethoden. Dank gentechnischer Ansätze kann dieser Nachteil jedoch durch hohe Produktionserträge behoben werden. Die vorliegende Übersichtsarbeit trägt daher zur Kenntnis verschiedener biologischer Systeme bei, die für den Aufbau einer langfristigen CO2-Minderungstechnologie in industriellem Maßstab verwendet werden können, in diesem Fall einer bakterienbasierten CO2-Abscheidungs-/Verwertungstechnologie.“ (ncbi.nlm.nih.gov/MC9207427)
In dieser Übersichtsarbeit wurden verschiedene neuartige gentechnische und synthetische Ansätze diskutiert, die bei der Entwicklung von Bakterien für eine verbesserte CO2-Abscheidung und -Nutzung eingesetzt werden. Angesichts der zunehmenden Bedeutung der Klimasanierung wird die Verwendung von Bakterien, die auf eine starke Senkung der Wertschöpfung des extrahierten Kohlendioxids, die Verwendung von Abfallrohstoffen und den Fußabdruck abzielen, in Zukunft besonders im Auge behalten werden. Schließlich könnte es produktiver sein, die bakterielle CO2-Fixierung zusätzlich zu anderen industriellen Verfahren wie der Behandlung von Abgasen und Abwässern, der Raffination von Biogas und der direkten Herstellung von Rohstoffen aus CO2 zu integrieren. Dies könnte dazu beitragen, die primären ökologischen Probleme der globalen Erwärmung anzugehen und gleichzeitig die üblichen Kosten- und Leistungsbeschränkungen bei der mikrobiologischen CO2-Abscheidung und -Umwandlung in großem Maßstab sowie die technologischen Fortschritte zu verringern.
Das US-Unternehmen LanzaTech nutzt bereits Bakterien, um CO2 in kommerzielle Kraftstoffe und Chemikalien umzuwandeln. Auf der LanzaTech-Internetseite heißt es:
„Es ist keine Debatte. Es gibt keine zwei Seiten. Eine Welt nach der Verschmutzung ist unvermeidlich. Entweder wird der Mensch ein Teil davon sein, oder der Planet wird ohne uns weiterleben. Aber wo andere eine schreckliche Wahl sehen, sieht LanzaTech eine Billionen-Dollar-Chance. Die gute Nachricht ist, dass LanzaTech eine Technologie erfunden hat, die groß genug ist, um diesen Moment zu überstehen. Eine Technologie, die die Umweltverschmutzung umwandelt und sicherstellt, dass die Menschen auch in der Zukunft nach der Verschmutzung weiter gedeihen können. Schon vor Jahrzehnten erkannten wir, welchen Schaden die Menschen unserem Planeten zufügen. Also führten wir Recycling-Programme ein, kauften Bio-Lebensmittel und schlossen uns der Fair-Trade-Bewegung an. Heute bieten Unternehmen Produkte aus recyceltem Kunststoff und im Labor gezüchtete Proteine an, und die Regierungen schaffen gesetzliche Rahmenbedingungen, um eine Netto-Null-Zukunft zu unterstützen. Die Kohlenstoff-Rrecyclingtechnologie von LanzaTech ist vergleichbar mit der Nachrüstung einer Brauerei an einer Emissionsquelle wie einem Stahlwerk oder einer Mülldeponie, doch anstatt Zucker und Hefe zur Bierherstellung zu verwenden, wird die Verschmutzung von Bakterien in Brennstoffe und Chemikalien umgewandelt. Stellen Sie sich einen Tag vor, an dem Ihr Flugzeug durch recycelte Treibhausgasemissionen angetrieben wird und Ihre Shampooflasche aus den Emissionen eines Stahlwerks stammt. Diese Zukunft ist heute mit der Technologie von LanzaTech und den CarbonSmartTM IP-Lizenzierungsdiensten von LanzaTech möglich.“ (lanzatech.com)
CyanoCapture, ein britisches Unternehmen, das von Shell und Elon Musk unterstützt wird, nutzt Cyanobakterien zur Herstellung von Biomasse und biologischen Ölen. Zahlreiche Unternehmen arbeiten an der Verwendung von Algen zur Herstellung von Biokraftstoffen, obwohl das weltgrößte Öl- und Gasunternehmen ExxonMobil seine diesbezüglichen Forschungen kürzlich eingestellt hat. Wen wundert’s, wenn sie glauben, auch so genug Geld zu verdienen.
Fazit
Rex Tillerson, ehemaliger CEO von ExxonMobil, spottete einst, dass sich die Menschen einfach an ein wärmeres Klima anpassen müssten. Es ist schwer vorstellbar, dass jemand, der so reich und mächtig ist, so gnadenlos dumm sein kann. Ja, Organismen passen sich zwar an, aber nicht innerhalb von Jahrzehnten oder gar Jahren. Wie die Forscher des 2 Frontiers Projects feststellten, brauchten die Cyanobakterien einige Milliarden Jahre, um Appetit auf Kohlendioxid zu entwickeln.
Sobald der Mensch die Umwelt, die uns ernährt, zerstört hat – nach aktuellen Berichten in weniger als hundert Jahren – könnten in den folgenden Äonen neue Arten entstehen. Aber den Homo sapiens wird es nicht mehr geben, wenn wir nicht das tun, von dem wir alle wissen, dass es für die Erhaltung des menschlichen Lebens unerlässlich ist: die Gewinnung und Verbrennung fossiler Brennstoffe einzustellen.
Steve Hanley schreibt über die Schnittstelle zwischen Technologie und Nachhaltigkeit von seinem Zuhause in Florida aus oder wo auch immer ihn die Macht hinführen mag. Er ist stolz darauf, „wach“ zu sein, und es ist ihm eigentlich egal, warum das Glas zerbrochen ist. Er glaubt leidenschaftlich an das, was Sokrates vor 3000 Jahren sagte: „Das Geheimnis des Wandels besteht darin, dass man seine ganze Energie nicht darauf verwendet, das Alte zu bekämpfen, sondern das Neue aufzubauen.“
->Quellen: