biogázAz SZBK és az SZTE kutatói baktériumok és archaeák komplex közösségének működését és a mikroorganizmusok interakcióit kutatták ipari méretű biogázüzemekben

A három biogázüzemben azonosított jellemző mikroorganizmusok

Wirth Roland és munkatársai, az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont Növénybiológiai Intézetének Maróti Gergely vezette Mikrobiális és Alga Genomika Kutatócsoportjában, illetve az Extracelluláris Elektrontranszfer Lendület-csoportban, az SZTE TTIK Biotechnológiai Tanszékével szoros együttműködésben a biogáz-előállításban kulcsszerepet játszó mikrobák – metanogén archaeák, hidrolizáló és szintrófikus baktériumok – interakcióit, a közösségek stabilitását és működését vizsgálták ipari méretű anaerob degradációs rendszerekben, valódi biogázüzemekben. Tanulmányukban bemutatták, hogy bár a metanogén archaeák alacsony relatív abundanciával vannak jelen a rendszerben, mégis messze a legaktívabb mikroorganizmusok a biogázt előállító fermentorokban. A hidrogént és szén-dioxidot hasznosító metanogének dominánsak a közösségben, és szoros kapcsolatban állnak a hidrolizáló Firmicutes és Bacteroidota baktériumtörzsek képviselőivel. A kutatás rámutatott, hogy a metanogén populáció diverzitása meghatározó a hatékony biogáz-előállítás szempontjából. A legmodernebb metagenomikai és metatranszkriptomikai megközelítések kombinációját alkalmazó kutatás eredményeit a The ISME Journal folyóiratban közölték a szerzők.

A biogáztermelés a szerves anyag bontásának hatékonyságán alapul. Ebben a folyamatban egy összetett mikrobiális közösség vesz részt, amelyben minden mikroorganizmusnak meghatározott szerepe van. A mikrobiális közösség összetételét és aktivitását különböző tényezők, mint például a mikrobák közötti interakciók, a biomassza összetétele, valamint az anaerob degradáció során keletkező metabolitok befolyásolják.

A mikrobiális kölcsönhatások és mechanizmusaik feltárása összetett feladat, mivel a legtöbb mikroba a partnereinek hálózata nélkül laboratóriumban nem vizsgálható.

Így a komplex közösségekben működő szintrófikus kölcsönhatások feltárása speciális megközelítést igényel. Az egyre fejlettebb szekvenálási technológiák és bioinformatikai algoritmusok megoldást nyújthatnak ennek a problémának a feloldására. Ezek segítségével lehetővé válik az egyedi mikrobafajok teljes genomjainak rekonstrukciója, illetve az egyes mikrobákhoz kapcsolható funkciók azonosítása és kvantitatív jellemzése még olyan összetett közösségekben is, mint a biogáztermelő rendszerek. Ebben a tanulmányban a szerzők ipari méretű biogázreaktorok metagenom adatainak mélyelemzése során nagyszámú baktérium- és archaeagenomot rekonstruáltak mesterséges neurális hálózatot alkalmazó genomcentrikus eljárással.

A három biogázüzemben azonosított jellemző mikroorganizmusok Forrás: Eötvös Loránd Kutatási Hálózat Titkársága

A kutatás eredményei rávilágítottak, hogy ismereteink hiányosak a biogáztermelő közösségek tevékenységéről és az ezekben a közösségekben élő mikroorganizmusok kapcsolatairól.

A tanulmányban számos eddig ismeretlen mikrobát azonosítottak a kutatók, illetve az egyes mikrobák aktivitását, funkcionális szerepét és más mikrobákkal alkotott kölcsönhatásaikat is feltárták.

A metanogén archaeák és szintrófikus baktériumpartnereik között a biomassza-metán konverzióban kulcsszerepet játszó metabolikus útvonalakat azonosítottak. A kutatás eredményei rámutattak arra is, hogy a metanogén mikroorganizmusok diverzitása jelentős szerepet játszik a közösség funkcionális stabilitásában.

(Forrás: Eötvös Loránd Kutatási Hálózat Titkársága: http://www.elkh.org/)