Koolstofetende bacteriën zijn een mogelijke oplossing voor klimaatverandering

De bacterie Clostridium thermocellum heeft onlangs een hoop aandacht gekregen omdat het organisme cellulose (een bijzonder taaie organische stof die in planten zit) kan afbreken tot biobrandstof. Terwijl ze deze nuttige eigenschap bestudeerden, ontdekten wetenschappers van de U.S. Department of Energy een andere opzienbarende eigenschap: de bacterie kan ook CO2 opnemen en metaboliseren.

Dat is ontzettend interessant, want hoewel het niet betekent dat de bacterie CO2 uit de lucht kan schrobben, zou deze wel zo aangepast kunnen worden om biobrandstoffen te produceren die koolstofneutraal zijn. De bevindingen zijn gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Als we het mechanisme van CO2-opname begrijpen, dan kunnen we de bacterie aanpassen om nog meer op te nemen," vertelt co-auteur Katherine J. Chou. Dat zou kunnen helpen om de hoeveelheid CO2 in de lucht te verminderen.

Het feit dat dit überhaupt mogelijk is, is een soort biologisch mysterie. C. thermocellum is een type bacterie die bekend staat als heterotroof. Heterotrofen hebben organische koolstofverbindingen – zoals die in cellulose – nodig om hun cellen op te bouwen en hun dagelijkse energiebehoefte. Dit zijn het type bacterie die uiteindelijk koolstof omzetten in zijn anorganische vorm, CO2. De bacterie eet organische koolstofverbindingen als glucose en poept CO2. Deze eigenschap beïnvloedt negatief de hoeveelheid biobrandstof die de bacterie kan produceren, en staat bekend als koolstofverlies.

"Dit representeert het verlies van organische koolstof die gebruikt had kunnen worden om waterstof en koolwaterstoffen te maken," zei Chou. Ze legt uit dat koolstofverlies twijfels oproept over de inzetbaarheid van biobrandstoffen, ook zou het wel voor een extra bron van brandstoffen zorgen. "Als we constant biomassa nodig hebben en een derde verspillen aan CO2-productie, is het dan wel de juiste richting?"

C. thermocellum heeft deels zo veel aandacht gekregen omdat het op zeer efficiënte manier cellulose kan omzetten in biobrandstof. Wetenschappers dachten dat dit iets maken had met een laag koolstofverlies, maar wisten niet zeker hoe dat dan werkte.

De Amerikaanse wetenschappers waren bezig met dieper onderzoek naar de eigenschappen van C. thermocellum met onder andere massa-spectrografie. Daarmee kunnen onderzoekers de verschillende massa's van chemicaliën meten en zo nieuwe stoffen ontdekken. Het is vooral handig bij het bestuderen van chemische processen.

Ze kwamen erachter dat het micro-organisme verbazingwekkend genoeg CO2 kan metaboliseren. Dit komt erop neer dat het organisme de koolstof die vrijkomt bij het afbreken van cellulose kan hergebruiken – oftewel, de bacterie absorbeert zijn eigen afvalstoffen en legt deze weer vast in biobrandstof.

Deze vreemde eigenschap zet biologie op z'n kop, omdat bacteriën normaal gesproken of organische koolstoffen afbreken, of anorganische koolstoffen – niet allebei. Chou merkt op dat "we deze bacterie compleet opnieuw moeten definiëren." En misschien andere bacteriën ook wel. Het is nog totaal onbekend hoe de bacterie beide vormen van koolstof kan gebruiken zonder de wetten van thermodynamica te overtreden.

Desondanks leidt deze ontdekking mogelijk naar het gebruik van een gemodificeerde versie van dit organisme om op efficiënte wijze biobrandstoffen te produceren die koolstofneutraal zijn. Dat zou er in principe weer voor kunnen zorgen dat biobrandstoffen weer serieus besproken kunnen worden om koolstofemissie te verminderen. Het blijft dan alleen nog even de vraag of de efficiëntie van de bacterie zo verbeterd kan worden dat het invloed zou kunnen hebben op CO2-niveau's.