Een uitgebreide analyse van bacteriële gemeenschappen van Deception Island, een actieve vulkaan op Antarctica, benadrukt het potentieel voor het gebruik van warmteminnende bacteriën om olieverontreiniging op te ruimen, blijkt uit nieuw onderzoek onder leiding van KAUST-onderzoekers.

Júnia Schultz kwam onlangs bij KAUST als postdoc bij Alexandre Rosado. Ze heeft haar zinnen gezet op het karakteriseren van het microbioom van extreme terrestrische omgevingen in Saoedi-Arabië, waaronder vulkanen, woestijnen en geothermische locaties. Deze extremofielen, bacteriën die groeien in 's werelds meest extreme omgevingen, inclusief degenen die van warmte houden (thermofielen), hebben een enorm potentieel voor een groot aantal biotechnologische toepassingen.

"Extremofielen gedijen onder een groot aantal vijandige omstandigheden en hebben zich aangepast om metabolisch actief te blijven in uitdagende omstandigheden", zegt Schultz. "Ze vertonen veelzijdige, diverse metabolische en fysiologische vermogens en synthetiseren vaak waardevolle bioproducten."

Dergelijke bioproducten omvatten enzymen en bioactieve verbindingen die kunnen worden gebruikt in industrieën zoals landbouw, farmacologie en zelfs ruimteverkenning. Extremofielen kunnen ook een veilige en efficiënte methode zijn om olieverontreiniging op te ruimen.

"Bepaalde bacteriën eten aardolie als bron van koolstof, voedingsstoffen en energie", zegt Schultz. "Om dit te doen, scheiden ze eerst oppervlakteactieve stoffen af ​​- stoffen die de oppervlaktespanning van de olie breken - voordat ze de geëmulgeerde aardolie in hun cellen opnemen, waar het wordt afgebroken via enzymatische activiteit."

Voor haar doctoraat was Schultz benieuwd of dergelijke bacteriën bestaan ​​in de Deception Island-vulkaan op Antarctica. Dit voorheen ongerepte continent is nu kwetsbaar voor vervuiling, waaronder olieverontreiniging, en wetenschappers hopen bronnen van lokale bacteriële gemeenschappen te vinden die kunnen helpen bij decontaminatie.

Schultz en collega's isoleerden 126 bacteriestammen uit monsters die waren verzameld op twee geothermische locaties op Deception Island.

"Deze thermofielen kunnen waardevolle en interessante bioproducten opleveren, niet alleen voor de decontaminatie van olie, maar voor veel toepassingen", zegt Schultz. "Het is echter moeilijk om extreme omgevingen in het laboratorium na te bootsen om deze bacteriestammen te kweken. De cellulaire biomassa van micro-organismen is erg laag in extreme omgevingen, waardoor het een uitdaging is om DNA te extraheren."

Na lang aandringen waren de onderzoekers in staat voldoende hoogwaardig DNA te verzamelen om genomische analyse uit te voeren en 126 bacteriestammen te kweken. Bijzonder interessant waren de genomische kenmerken en het metabolische potentieel van zeven stammen van Anoxybacillus flavithermus.

Het team identificeerde genen die verband houden met genoomstabilisatie onder temperatuurschommelingen, warmte- en koude-shock-eiwitten, DNA-herstel tegen UV-straling en weerstand tegen alkalische omstandigheden, evenals genen voor degradatie van zetmeel en cellulose.

Het team analyseerde alle 126 stammen op hun vermogen om biosurfactanten te produceren en olie af te breken. Hiervan groeiden 76 stammen goed in culturen met ruwe olie als enige koolstofbron. Dertig stammen lieten bijzonder goede resultaten zien voor olieafbraak; 13 hiervan produceerden ook biosurfactanten, waaronder één stam van A. flavithermus.

Olie is een van de meest complexe verontreinigende stoffen op aarde, en de efficiëntie en werkzaamheid van microbiële afbraak zal afhangen van meerdere factoren, van lokale omgevingsvariabelen zoals temperatuur en pH tot de fracties, hoeveelheid en samenstelling van olie die op een bepaalde locatie aanwezig is.

"Een volledig begrip van lokale bacteriestammen en hun metabolisch potentieel is van cruciaal belang voor het ontwerpen van toekomstige benaderingen voor het aanpakken van aardolieverontreiniging, niet alleen op Antarctica, maar over de hele wereld", zegt Schultz. "Ik ben enthousiast over het potentieel van extremofielen en ik kijk ernaar uit om de extreme omgevingen van Saoedi-Arabië te verkennen voor nieuwe bioproducten voor allerlei toepassingen."

Het onderzoek is gepubliceerd in Micro-organismen en Grenzen in de microbiologie . + Verder verkennen

Subarctische grotbacteriën lopen mogelijk gevaar door klimaatverandering