Az SZBK és az SzTE kutatói baktériumok és archaeák komplex közösségének működését és a mikroorganizmusok interakcióit kutatták ipari méretű biogáz üzemekben

2023. jún. 13. | Hírek

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 biogáz üzemekben. Tanulmányukban bemutatták, hogy bár a metanogén archaeák alacsony relatív abundanciával vannak jelen a rendszerben, mégis messze a legaktívabb mikroorganizmusok a biogáz fermentorokban. A hidrogént és szén-dioxidot hasznosító metanogének dominánsak a közösségben és szoros kapcsolatban állnak a hidrolizáló Firmicutes és Bacteroidota baktérium törzsek 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 mikroba fajok 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 biogáz reaktorok metagenom adatainak mélyelemzése során nagyszámú baktérium és archaea genomot rekonstruáltak mesterséges neurális hálózatot alkalmazó genom-centrikus eljárással.

1. ábra. A három biogázüzemben azonosított jellemző mikroorganizmusok.

A kutatás eredményei rávilágítottak arra, hogy ismereteink hiányosak a biogáztermelő közösségek tevékenysége és az ezekben a közösségekben élő mikroorganizmusok kapcsolatainak tekintetében. 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 baktérium partnereik 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.