Fantastiske mikrober er planetens økosystemingeniører
Av David Coppedge; June 6, 2022. Oversatt herfra.

Bilde 1. Magnetisk mikrobe

Respekten for bakterier vokser. Biokjemiker Michael Behes siste video i "Secrets of the Cell"-serien viser hvordan magneto-taktiske bakterier bruker molekylære maskiner for å bygge magnetosomer. Disse lar dem navigere ved hjelp av jordens magnetfelt. Faktisk gir de få patogenene et dårlig rykte til flertallet av bakterier, som gjør fantastiske ting - for oss og for miljøet vårt. Utstyrt med nanoskopisk maskineri er de klare til å hjelpe. I innlegg i dag og i morgen vil jeg (David Coppedge) tilby noen illustrasjoner.

Video: Secrets of the Cell (18 min) -lenke.

Industriell styrke: avfluorisering
Miljøvernere er med rette bekymret for store mengder industrielle kjemikalier som havner i drikkevannet vårt. Det er et stort og økende problem, ifølge nyheter fra University of California ved Riverside.
Per- og poly-fluoralkylsubstanser, eller PFAS, er en gruppe på over 9000 kjemikalier brukt i utallige industrielle prosesser og kommersielle produkter siden 1940-tallet. Som et resultat har PFAS funnet veien inn i vannets kretsløp og finnes nå i praktisk talt alle vannkilder. Disse kjemikaliene inneholder en binding mellom fluor og karbonatomer som er den sterkeste enkeltbindingen som er kjent, noe som gjør PFAS ikke-biologisk nedbrytbart og motstandsdyktig mot konvensjonelle vannbehandlingsmetoder.

Bilde 2. Bakterie-flagell i bevegelse

Disse holdbare kjemikaliene kan jobbe seg inn i vevet vårt, og føre til skjoldbruskkjertel- og lever-problemer og noen typer kreft. Men lik Supermann til unnsetning, flyr en Clark Kent-mikrobe, og "knuser den ultrasterke karbon-fluorbindingen" og gir håp til en nødlidende verden.
Er denne mikroben vanskelig å finne? Nei; det er over alt. Den trenger bare anaerobe forhold. Kjemisk ingeniør Yujie Men bygde på tidligere arbeid for å lære hvordan mikrobene gjør det.
Mikrober som er i stand til å utføre denne typen avfluorering er ikke sjeldne. Ved å bruke aktivert slam - mikrobielle samfunn som vanligvis brukes i renseanlegg for avløpsvann for å bryte ned og fjerne organisk materiale - og en anaerob tilstand, gjentok forskerne sitt tidligere eksperiment med mer strukturelt lignende PFAS.

Teamet mener at dette trinnet i avfluorisering kan forsterkes ved å bruke flere arter av mikrober, noe som fører til fullstendig biologisk nedbrytning av disse industrielle avfallsproduktene.
"Mulighetene er uendelige på tvers av bransjer for å utnytte denne ledende resirkuleringsprosessen," sa Hal Alper, professor ved McKetta Department of Chemical Engineering ved UT Austin. "I tillegg til den åpenbare avfalls-håndteringsindustrien, gir dette også selskaper fra alle sektorer muligheten til å ta ledelsen når det gjelder resirkulering av produktene sine. Gjennom disse mer bærekraftige enzymtilnærmingene kan vi begynne å se for oss en ekte sirkulær plastøkonomi."

Bilde 3. Nitrat-struktur

Nitrogenfiksere
Noen bakterier er kjent for å kunne "fikse" nitrogen ved omgivelsestemperaturer, og konvertere det til forbindelser som er nyttige for planter. Det ville revolusjonere landbruket hvis mennesker lærte trikset. Disse nitrogenfiksende bakteriene, først og fremst cyanobakterier og rhizobielle arter som finnes i symbioser med røttene til belgfrukter som bønner og erter, har en låsefikser kalt nitrogenase som kan ta fra hverandre de tøffe trippelbindingene til atmosfæriske N2-molekyler. Biokjemikere kan fortsatt ikke forstå hvordan de gjør det. Landbruksingeniører i produksjon av gjødsel, krever høye temperaturer og trykk for å bryte molekylært nitrogens trippelbindinger. Den eneste andre naturlige energikilden som er kraftig nok til å gjøre det, er lyn. Mikrober, som utfører 90 prosent av planetens nitrogenfiksing, får det til å se enkelt ut. Siden før mennesket begynte å plante avlinger, har bakterier gjort nitrogen tilgjengelig for jorda overalt, og lagt til det frodige grøntområdet som ikke bare forskjønner planeten vår, men hjelper til med å regulere klimaet og syklusene av vann, oksygen og karbon.

Plastødeleggere
Deponier hoper seg opp med plast som vårt bruk-og-kast samfunn kvitter seg med. Miljøvernere advarer om at denne plasten kan vare i flere tiår og lekke giftige kjemikalier inn i jorda og inn i vannforsyningen vår. Men fatt mot: det finnes mikrober som kan spise plast. La dem gjøre opprydningsarbeidet!

University of Texas i Austin kunngjør: "Plastspisende enzym kan eliminere milliarder av tonn deponiavfall."

Bilde 4. Behov for opprydding

-Denne oppdagelsen, publisert i dag i Nature, kan bidra til å løse et av verdens mest presserende miljøproblemer: hva skal man gjøre med de milliarder av tonn plastavfall som hoper seg opp på søppelfyllinger og forurenser våre naturlige landområder og vann. Enzymet har potensiale til å starte opp resirkulering i stor skala, som vil tillate store industrier å redusere sin miljøpåvirkning ved å gjenvinne og gjenbruke plast på molekylært nivå.

Se videoen (2 min) for å se hvordan det fungerer.

Ingeniørene begynte med mikrober som lager et naturlig enzym kalt PETase som kan bryte ned polyuretan. De tilpasset den for å fungere ved de lavere temperaturene som finnes på søppelfyllinger. Det fungerer! Og det er raskt. Bakteriene bryter ned store plastbiter til bittesmå partikler som kan resirkuleres for å lage nye plastprodukter. Nå trenger UT-forskerne bare å finne ut hvordan de kan skalere opp produksjonen og legge dette bakterielle enzymet oppnå det mennesker ikke har vært i stand til. "Biologiske løsninger tar mye mindre energi," sier de. Og slike løsninger er effektive. "I noen tilfeller kan disse plastbitene brytes fullstendig ned til monomerer på så lite som 24 timer."

Bilde 6. Enzymer kan danne resirkulerbar plast

Søppelfyllinger
Arizona State rapporterer også at søppelfyllinger er en fest for mikrober. Å leve i en haug med ubrukelig rusk "er i virkeligheten et komplekst økosystem som myldrer av mikrobiell aktivitet". Mikrobene slipper ut karbondioksid og metan som avfall, men forskere ved ASU tror disse drivhusgassene kan fanges opp og brukes til drivstoff.
"Jeg tenker på en søppelfylling som en stor karbonbuffé for disse mikroorganismene," sier [Mark] Reynolds, en forsker ved Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology. "Søppelet vårt er stort sett papir dominert og det er virkelig rikt på cellulose og hemicellulose. Disse er lett nedbrytbare under anaerobe (oksygenfrie) forhold."
Ved å bedre forstå oppførselen til disse metanproduserende mikro-organismene, håper forskerne å forbedre fangsten av denne vitale ressursen og muligens begrense utslippet av metan og CO2 - to potente klimagasser og ledende bidragsytere til klimaendringer - til atmosfæren.

Senere: "'Bakterier er utrolige' - her er flere illustrasjoner."

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund