Russische micro-organismen methaniseren organisch materiaal

Onderzoekers uit Delft en Moskou hebben een nieuwe klasse micro-organismen ontdekt in Siberische sodameren. Deze organismen groeien in verzadigde soda met een pH-waarde van 10 en zetten organisch materiaal om in methaangas.

De eerste auteur van het artikel in Nature Microbiology is onderzoeker Dimitri Sorokin, die zowel aan de TU Delft werkt als aan het Winogradski-Instituut voor Microbiologie van de Russische Academie van Wetenschappen in Moskou. ‘Dimitri bestudeert de microbiologie van sodameren in Siberië’, vertelt coauteur en collega prof. Mark van Loosdrecht uit Delft. ‘De organismen die Dimitri heeft ontdekt, groeien optimaal bij temperaturen van 50-55 graden Celsius en bij een pH van 10 in en geconcentreerde zoute soda-oplossing. Ze zetten gemethyleerde organische verbindingen om in methaangas. Deze ontdekking biedt nieuw inzicht in de evolutie van leven op aarde en in de extreme omstandigheden waaronder micro-organismen kunnen groeien.’

Biogas

In de toekomst zouden deze pas ontdekte organismen ook een rol kunnen spelen bij de productie van methaan uit organisch afval. Het grote voordeel is dat bij de hoge pH-waarde de CO2 in de oplossing blijft. Er wordt dus methaangas/aardgas geproduceerd en geen biogas (dat CO2 bevat). Tegenwoordig moet biogas nog worden bewerkt voordat het dezelfde kwaliteit heeft als aardgas en geschikt is voor gebruik in gasnetwerken. Dit proces kost veel energie.

Nieuwe klasse

Dimitri Sorokin: ‘De afgelopen jaren is het methylreducerende reactiepad voor methaanproductie een belangrijk thema geworden in dit onderzoeksgebied. Dit hybride metabolisme is aangetroffen in diverse methanogenen (methaan producerende micro-organismen). In dit metabolisme is alleen de laatste van klassieke zeven stappen aanwezig. Het is al lang geleden ontdekt in twee methanogenen, maar werd beschouwd als een onbelangrijke curiositeit. Maar nu is duidelijk geworden dat het minstens net zo belangrijk is als de andere klassieke methaanproductie routes.

Tot nu toe was er echter nog maar één organisme dat dit reactiepad uitvoert, in een zuivere cultuur geïsoleerd en gekarakteriseerd. We hebben nu in hyperzoute sodameren deze organismen aangetroffen die tot een nieuwe klasse Archaea lijken te behoren. Deze methanogenen zijn extreem halo(-alkali)fiele en gematigd thermofiele organismen en groeien onder condities waar elke normale bacterie direct zou sterven’, aldus Sorokin.

Aan de haak

‘De afgelopen vijf jaar heb ik extremofiele methanogene micro-organismen in sodameren onderzocht. Dit is een uniek type zoutmeer met een zeer hoge oplosbaar-carbonaatalkaliniteit met een constante hoge pH van rond de 10. Toen we in 2012 activiteit testen uitvoerden met sedimenten, vonden we organismen die niet reageerden op de toevoeging van typisch methanogene substraten. Het jaar daarna manipuleerde ik de incubatiecondities en kreeg ik uiteindelijk waar ik naar zocht. Het was in dat stadium al duidelijk dat ik iets heel ongewoons aan de haak had geslagen.’

Volgende stap

‘De volgende stap was dat ik probeerde deze organismen te kweken. Toevoeging van sedimentsuspensie uit dezelfde meren resulteerde in een explosieve vorming van methaan. Verdere pogingen om de sedimenten te vervangen door minder exotische verbindingen lieten zien dat de cultuur kan worden gekweekt met toevoegingen van co-enzym M, een kleine hoeveelheid gistextract en colloïdaal FeS, boven op MeOH/formiaat als de belangrijkste substraten.’

‘Uit lichtmicroscopie bleek dominantie van minuscule cocci die bij de hoogste vergroting nauwelijks zichtbaar waren, en dat suggereerde dat zuivering door filtratie mogelijk zou kunnen zijn. En het werkte! Met deze aanpak hebben we in twee jaar tijd elf zuivere culturen geïsoleerd uit diverse sodameren.’