Производство биоцемента из мочевины с использованием бактерий, содержащих кальций, уже никого не удивляет. Тем не менее, недавно ученым удалось обнаружить бактерию, способную превращать углекислый газ в твердый кальцит. Возможно, в скором времени мы начнем создавать строительные материалы из воздуха.
При концентрации CO₂, превышающей атмосферную более чем в 470 раз, эта скромная почвенная бактерия демонстрирует удивительные способности: она превращает газ в камень! Это означает, что в будущем стены наших зданий могут быть изготовлены практически из воздуха.
Исследователи из лаборатории механики грунтов (EPFL), Университета прикладных наук и искусств Южной Швейцарии (SUPSI) и стартапа EPFL Medusoil SA показали, что Bacillus megaterium — устойчивый микроорганизм, встречающийся в почве, пресноводных и морских водах, а также на растениях — способен минерализовать углекислый газ (CO₂), преобразуя его в карбонат кальция (CaCO₃). Этот минерал составляет основу известняка, гипса и мрамора. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.
Авторы акцентируют внимание не только на биохимическом эффекте, но и на качестве полученного минерала. В условиях высокой концентрации углекислоты B. megaterium адаптировал свою метаболическую стратегию. С помощью фермента карбоангидразы он превращал CO2 в гидрокарбонат кальция Ca(HCO3)2, который затем реагировал со свободными ионами Ca2+, образуя твердый кальцит. Интересно, что 94% полученного минерала было получено именно из CO2, а не из соединений на основе азота.
Известно, что множество бактерий способны минерализовать органические вещества. Уникальность экспериментов с B. megaterium заключается в том, что кристаллический материал можно получать непосредственно из углекислого газа.
B. megaterium имеет два метаболических пути, способствующих минералообразованию: уреолиз, который зависит от азотсодержащих соединений, и карбоангидразная активность, использующая CO2 напрямую. Хотя первый метод давно изучается в контексте микробиологического осаждения кальцита, он неизбежно приводит к образованию нежелательного побочного продукта — аммиака. Второй путь, наоборот, предлагает чистый способ улавливания углекислоты и превращения ее в твердый минерал без токсичных и неприятно пахнущих отходов.
Данное исследование ярко показывает, как экологическая микробиология в сочетании с современными лабораторными методами может раскрыть механизмы, которые в противном случае остались бы незамеченными. Мочевина, меченая углеродом-13, стала ключевым элементом для отслеживания источника углерода в минерале. Это дало возможность ученым с высокой точностью количественно оценить микробные пути кристаллизации. Примером того, как междисциплинарные подходы, объединяющие микробиологию, геохимию и материаловедение, могут привести к значимым открытиям с практическим применением в будущем.
Внедрение новой технологии в промышленность поможет решить несколько задач одновременно — ограничить использование невозобновляемых природных ресурсов и уменьшить содержание CO2 в атмосфере — главного фактора парникового эффекта и глобального потепления. Ключевым моментом является снижение себестоимости строительных материалов по сравнению с затратами на лабораторные исследования.
О проекте извлечения редких металлов из горных пород с помощью бактерий читайте в материале Hi-Tech Mail.
Фото: hi-tech.mail.ru