Dan za danom, legije mikroorganizama proizvode energiju iz otpada u bioplin. Istraživači iz Centra za biotehnologiju (CeBiTec) Sveučilišta u Bielefeldu pobliže promatraju koji mikrobi najbolje obavljaju svoj posao. Oni analiziraju cijelu genetsku informaciju mikrobnih zajednica u odabranim bioplinskim postrojenjima u cijeloj Njemačkoj. Od početka 2013, kalifornijski Zajednički institut za genom poduzet će potrebno sekvencioniranje. Bioračunalna analiza će biti izvedena na CeBiTec-u. Nije jednostavan zadatak, budući da će podatci biti isporučeni u milijardama fragmenata koje proizlaze pak od stotina organizama. Slaganje ove velike slagalice bit će mukotrpan posao.
U Njemačkoj postoji više od 7 tisuća bioplinara koja mogu napajati preko šest milijuna kućanstava električnom energijom. Postrojenja su popunjena uglavnom biljnom biomasom, kao što je to kukuruzna silaža, ali i poljoprivrednim otpadnim materijalima, poput gnojnice i pilećega gnoja. Jedno od ključnih istraživačkih pitanja jest kako proizvodnja bioplina može biti optimizirana. Iz toga razloga, znanstvenici iz Biefelda dr. Aleksandar Sczyrba, dr. Andreas Schlüter, dr. Aleksandar Goesmann, profesor dr. Jens Stoye i profesor dr. Alfred Pühler žele znati koji su mikrobi odgovorni za razgradnju biomase i koji od njih to čine najbolje. “Mi smo zainteresirani za otkrivanje mikrobiologije iza procesa koji se zbiva u bioplinskomu postrojenju, koji mikroorganizmi igraju koju ulogu u kojoj fazi”, objašnjava Andreas Schlüter, čije je istraživanje na CeBiTec-u u području proizvodnje bioplina piše Znanost.com
Prvi genom dešifriran
Istraživački rad već je urodio plodom. “Na CeBiTec-u smo uspjeli dešifrirati kompletan genom Methanoculleus bourgensis, proizvođača metana”, prenosi Profesor Pühler. Na taj način, Bielefeld je sekvencirao prvi genom jednoga mikroorganizma za proizvodnju metana iz bioplinskoga postrojenja – jednostaničnu iskonsku bakteriju koja igra važnu ulogu u određenim bioplinskim postrojenjima. Sada, istraživači žele ići čak i dalje.
Sastavljanje slagalice
Projekt je dio programa “Sekvencioniranje u zajednici”, što je javni program za sekvencioniranje pri Zajedničkom institutu za genom kojega financira Američko ministarstvo za energiju. Dok su prethodne studije u vezi bioplina bile koncentrirane prvenstveno na određene markere gena, sada su potpune genetske informacije mikroorganizama dostupne za proučavanje. Američki institut će proizvesti više od jednoga terabajta podataka sekvenci za to, što je ekvivalent volumenu od tristotinjak ljudskih genoma. Ovi podatci će biti isporučeni u bezbroj fragmenata, međutim, čak i najmodernije tehnologije nisu sposobne za čitanje odjednom milijuna baza od kojih se DNA molekule mikroba sastoje. Umjesto toga, tehnologije sekvencioniranja opskrbljuju ogromne količine podataka na oko 150 preklapajućih baza. DNA sekvence onda će se vratiti u Bielefeld u milijardama fragmenata, gdje računalni metagenomski tim Alexandera Sczyrba dolazi u igru. Oni razvijaju bioinformatičke postupke za rekonstrukciju genomskih sekvenci. Njihov zadatak je usporediti podatke, prepoznati preklapanja i koristiti ih za ponovno sastavljanje baza. “Trudimo se završiti slagalicu sastavljenu od milijardi komada, što uključuje i stotine različitih komada slagalica te su sve izmiješane”, objašnjava Sczyrba.
Jednostanična genomika obećava nove spoznaje
Sasvim slučajno, istraživači iz Bielefelda otkrivaju novi teren u genomici. Procjenjuje se da se 99% svih mikroorganizama ne može uzgajati u laboratoriju. Potpuno nova tehnologija, jednostanična genomika, pruža uvid u određivanje genoma pojedinačnih mikrobnih stanica. Očekuje se steći znanje o identitetu i funkcijama dosad potpuno nepoznatih mikroorganizama. Tijekom zajedničkoga projekta, Zajednički institut za genom sekvencionirat će slijed od stotinjak jednostaničnih genoma.
Istraživači su odredili otprilike dvije godine za svoj projekt, u kojemu sudjeluju i doktoranti sa Sveučilišta u Bielfeldu iz Klastera industrijske biotehnologije (CLIB). Na kraju, oni se nadaju da su otkrili optimalnu mikrobnu zajednicu za bioplinare te da će na taj način biti u poziciji da ovaj proces stvaranja energije naprave još učinkovitijim.
Pozadina
Bioplinare proizvode metan kroz fermentaciju biljne biomase, koja se može koristiti za generiranje električne i toplinske energije. Razgradnja biljne biomase i proizvodnja bioplina u poljoprivrednim bioplinskim postrojenjima događa se zahvaljujući mikrobima. Ovaj proces, koji je sličan onome što se događa u probavnome traktu stoke, ima neutralan otisak ugljičnoga dioksida te tako ne doprinosi globalnom zatopljenju. Za razliku od drugih obnovljivih izvora energije koji su ovisni o vremenu, primjerice vjetar i Sunce, metan može biti proizveden stalno i biti pohranjen. To omogućuje da se pretvara u energiju ili toplinu u onoj mjeri u kojoj je to potrebno.
