Модифицированная Alteromonas macleodii ускорила растворение оливина в 2,6 раза в пилотных реакторах

Исследователи из Гарвардской медицинской школы, Института Висса и Стэнфордской школы устойчивости Doerr модифицировали морскую бактерию Alteromonas macleodii, чтобы ускорить растворение оливина, говорится в статье в Nature Biotechnology. Изменённые клетки повысили скорость растворения в 2,6 раза. В пилотных реакторах с инженерными клетками авторы напрямую измерили удаление 0,50 г CO2 в сутки из воздуха за счёт образования щёлочности nature.comNature Biotechnologynature.comОткрыть источник ↗.

Почему природные бактерии не справляются

Выветривание силикатных минералов позволяет улавливать и хранить CO2, но для промышленного применения оно слишком медленное. Железо, выходящее из оливина, пассивирует поверхность минерала, а бактерии могут этому противодействовать, выделяя сидерофоры — молекулы, переводящие железо в раствор.

В 16 малых лабораторных реакторах с разным количеством оливинового песка и разной скоростью потока природный штамм производил много сидерофора только при малом количестве породы и быстром токе воды. При большем количестве породы у клеток оставался избыток железа, и они прекращали синтез. Авторы пришли к выводу, что естественная генетическая регуляция исключает непрерывное производство сидерофоров в минеральных биореакторах.

Команда заменила переключатель, включающий синтез только при нехватке железа, на тот, что держит его постоянно включённым. В малых реакторах модифицированный штамм производил сидерофора более чем в 100 раз больше природного. Оливин растворялся в 2,6 раза быстрее, чем в реакторах без клеток, а природный штамм заметной разницы не дал nature.comNature Biotechnologynature.comОткрыть источник ↗.

Пилотные реакторы и ограничения

Анализ жизненного цикла показал, что для чистого удаления CO2 в масштабе критичны возобновляемое сырьё и минимальное пополнение модифицированных клеток. Сахар отвергли: его производство даёт слишком много выбросов, а в лаборатории он снижал щёлочность воды. Команда использовала ацетат. По модели, с инженерными клетками и углеродно-нейтральным ацетатом чистое удаление на 74 процента выше, чем у системы из породы и морской воды, при допущении, что ускорение в 2,6 раза сохранится в масштабе.

Пилотная установка состояла из стеклянных ёмкостей по 11 литров с более чем 4 кг оливинового песка и нефильтрованной воды из бостонской гавани, около 1,5 литра в сутки. В двух ёмкостях, получавших питательные вещества и еженедельную дозу инженерных клеток, магний высвобождался в 3,1 раза быстрее. Контрольный реактор без клеток в итоге не создавал щёлочности.

Примерно через три недели растворение и поглощение углерода снизились во всех ёмкостях. На стекле и песке нарастали микробные плёнки, которые, как предполагают авторы, блокировали породу. Разрыхление верхнего слоя песка могло бы помочь, но этого не проверяли. В открытой воде работу не проводили, экономику улавливания не анализировали. Четверо авторов подали патентную заявку на эти штаммы.