Gute Bakterien fressen schlecht Treibhausgas
Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.
Ein kleines rechteckiges Fenster an der Vorderseite des Fermenters zeigt blubbernden Flüssigkeit im Inneren. Wenn es klar ist, dann heißt es nur Lösung ist. Wenn es neblig ist, haben Bakterien hinzugefügt worden. Heute sieht die Flüssigkeit milchig grau. Es zischt und schäumt als die richtige Menge an Luft und Methan wird hinzugefügt, die wächst und füttert die Bakterien im Inneren.
Diese Lösung ist mehr als nur bakterielle Suppe; die Antworten auf einige der komplexesten Probleme der Welt, einschließlich Eindämmung des Klimawandels und Giftmüll in die Umgebung bereinigen könnte es zu halten.
Zunächst scheint das nicht möglich. Wie könnte ein einfacher, einzellige Organismus etwas zu tun, die fortschrittliche Technologie Kämpfe zu tun?
Amy Rosenzweig, Professor für Biochemie, Molekularbiologie, Zellbiologie und Chemie an der Northwestern University erklärt, dass diese Art von Bakterien Kupfer aus der Umgebung verwendet, um Methan verstoffwechseln verwandelte sie in Methanol für Lebensmittel.
Nicht nur, dass dies, dass die Bakterien Blutegel schwere Metalle aus dem Boden, sondern sie auch verbrauchen ein potentes Treibhausgas – zwei Umweltprobleme in einem molekularen Zug zu lösen.
"Der Prozess ist sehr basic Science," sagte Rosenzweig, dessen Arbeit wird finanziert durch ein National Science Foundation Stipendium für die American Reinvestment und Recovery Act (ARRA). "Aber es hat Potential für eine Menge von realen Anwendungen."
Einige Leute empfehlen Entlüftung Methanemissionen durch Filter dieser Bakterien zu schrubben sie aus der Atmosphäre. Andere schlagen Fütterung übrig gebliebenen Methan aus Erdgas behält sich vor, die Bakterien so dass sie das Gas in Methanol umwandeln können – statt Ausübung die typische Lösung zu verbrennen. Dann könnte das Methanol gespeichert und später als Brennstoff verwendet werden. Die Bakterien könnte auch verwendet werden, verfügen über Kupfer und andere Schwermetalle wo sind Ebenen unnatürlich hoch, Vorbeugung von Krankheiten beim Menschen.
Aber bevor diese realen Anwendungen erforscht sind, ist es wichtig zu verstehen, die physiologischen Prozesse des wie die bakterielle arbeiten Zellen.
"Es gibt immer Probleme mit der Stabilität," erklärte Rama Balasubramanian, postdoctoral Fellow in Rosenzweigs Lab. "Jede biologisches Molekül wird im Laufe der Zeit zu sterben. Wenn wir verstehen, wie es funktioniert, dann etwas stabiler, das für die letzten Jahre gestalten wir."
Rosenzweigs Gruppe handelt es sich um besser zu verstehen, wie diese Bakterien Kupfer aus mineralischen Umweltressourcen erwerben können. Vorherigen Arbeit deutet darauf hin, dass die Bakterien ein Molekül namens Methanobactin, die eng an Kupferionen bindet absondern, sie wieder in die Zelle zu liefern.
"Etwas außerhalb der Zelle würde erkennen das Molekül, greifen, und schieben sie wieder hinein," sagte sie. "Wir versuchen zu entdecken, welche zellulären Maschinerie macht dies zu verwirklichen."
Der Prozess kann mit beobachten sehr genau die Bakterien in Aktion erkundet werden. Mitglieder des Rosenzweigs Labor verbringen ihre Tage wachsen Bakterien in einem 15-Liter-Fermenter, die mit einer optimalen Luftstrom und Methan kalibriert ist. Die Bakterien sind von Kupfer zu zwingen, Methanobactin in die extrazelluläre Lösung absondern verhungert.
Die Forscher setzen Sie das Medium in einer Zentrifuge und drehen es mit 7.000 Mal die Kraft von Schwerkraft, bis die Zellen nach unten fallen so dass Methanobactin in der Lösung zu isolieren. Nach ein paar Reinigungsschritte das Molekül ist bereit, untersucht werden.
"Wir wissen nicht, wenn alle Methan verbrauchenden Bakterien Methanobactins und sezernieren sie Kupfer bekommen", sagte Rosenzweig. "Und wenn sie es tun, unterscheidet sich der Prozess in verschiedenen Arten? Sie können vorstellen, dass jede Art von Bakterien vielleicht etwas ganz anderes zu helfen, für Kupfer zu konkurrieren."
Die besonderen Belastungen des Bakteriums, dass Rosenzweig Studien wurde ursprünglich in die heiße Bäder in Bath, England, isoliert, so dass sie hohe Temperaturen bevorzugen. Sie betont aber, dass Methan-metabolisierenden Bakterien, bekannt als Methanotrophs, überall zu finden sind.
Obwohl Rosenzweigs Zuschuss drei weitere Jahre der Forschung deckt, fühlt Balasubramanian optimistisch, dass ein Durchbruch früher passieren wird.
"Wenn unsere Experimente weiterhin ordnungsgemäß ausgeführt dann wir möglicherweise nur ein oder zwei Jahre weg von diesem Molekül die Funktionsweise verstehen," sagte er. "Es dauert viel länger für die Anwendungen, aber zu wissen, wie das Molekül in der Zelle betritt Schritt Nummer eins ist."
Weitere "grüne" Neuigkeiten rund um ARRA, finden Sie unter: NSF Earth Day.
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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen-Archiv.