Forskare har upptäckt en helt ny bakterieordning som kan vara avgörande för att förbättra produktionen av biogas

Madrid 12.09.2023 – Forskare från det europeiska forskningsprojektet Micro4Biogas har upptäckt och beskrivit en ny taxonomisk bakterieordning som specialiserar sig på nedbrytning av organiskt material och som kan vara avgörande när det gäller att förbättra produktionen av biogas. Ordningen, som de har gett namnet Darwinibacteriales, är en av de vanligast förekommande i tankar för produktion av biogas, men de har aldrig tidigare beskrivits vetenskapligt.

Upptäckten gjordes av forskare från Tyskland, Spanien och Nederländerna, som under nedbrytningsprocessen tog 80 prover av organiskt material från 45 storskaliga biogasproduktionsanläggningar (i Tyskland, Nederländerna och Österrike) och använde DNA-sekvensering för att studera deras mikrobiella sammansättning. Förvånansvärt nog fanns Darwinibacteriales i alla 80 prover, trots skillnaderna och avståndet mellan anläggningarna.

Forskarna letade efter de viktigaste mikrobiella aktörerna i en process som kallas anaerob nedbrytning, där organiskt material bryts ner och omvandlas till energirik gas som kan användas som bränsle. Denna process betraktas i allmänhet som svårdefinierad, eftersom rollen och dynamiken hos de flesta mikroorganismer som är involverade i processen är okända. En förbättring av biogasproduktionen skulle innebära en avgörande förändring inom energiindustrin – minskat beroende av fossila bränslen och importerad energi – men bristen på mikrobiologisk forskning har förhindrat denna utveckling.

"Det här är ett fint exempel på något som fanns framför våra ögon utan att vi insåg det, något helt avgörande för biogasproduktionen som förblev okänt ända tills nu", säger Manuel Porcar, koordinator för Micro4Biogas-projektet (universitetet i Valencia, Spanien) och medförfattare till artiklarna. "Vårt arbete visar toppen av ett mikrobiellt isberg där nyckeln till biogasproduktion troligen finns, men som aldrig tidigare har beskrivits på genomnivå."

Med denna upptäckt kan forskare från Micro4Biogas-konsortiet skapa skräddarsydda, supereffektiva samhällen av biogasproducerande mikrober. Deras mål är att göra biogasanläggningar mer robusta och mindre beroende av bidrag, vilket skulle ge en skjuts åt förnybara energikällor över hela världen.

En förbisedd grupp mikrober

För att förstå sammansättningen och mångfalden av de mikrobiella samhällen som finns i alla insamlade prover utfördes en taxonomisk analys, där en specifik gen (16s rRNA-gen) sekvenserades. Resultaten jämfördes med referensdatabaser för att bestämma vilka arter eller taxa som fanns representerade och deras relativa förekomst.

MBA03 hade tidigare rapporterats som en grupp av okultiverade bakterier (som inte odlas i laboratorium) i andra studier, men ingen hade tidigare studerat den noggrant. "Den upptäcktes vanligtvis när man analyserade anaeroba nedbrytningsmikrobiomer genom 16s rRNA-gen-sekvensering", förklarar Adriel Latorre, Director of the Genomics Department på Darwin Bioprospecting Excellence och korresponderande författare till studien.

För att kunna utföra djupgående studier på denna okända grupp sekvenserades 30 prover, där förekomsten av MBA03 hade bekräftats, i sin helhet. "Men när vi analyserade de fullständiga metagenomerna från de 30 proverna, upptäckte vi förvånansvärt nog inte MBA03 i något av dem. Detta avslöjade en teknisk begränsning: taxonens genom fanns inte i databaserna. Från den stunden var vårt mål klart: vi måste isolera MBA03-genomet och beskriva det i detalj", säger Latorre.

Med hjälp av Micro4Biogas-data bekräftade fylogenetiska och fylogenomiska rekonstruktioner att MBA03 utgör en ny ordning, som är den taxonomiska gruppen ovanför familj, genus och art. Den nya ordningen har fått namnet Darwinibacteriales.

Forskarna misstänker att en särskild familj inom denna nya ordning (dvs. familjen Darwinibacteriaceae) samarbetar mutualistiskt med arkéer, en annan typ av mikroorganismer som är involverade i anaerob nedbrytning. Bakterierna producerar metabola föreningar som arkéerna sedan använder för att generera metangas. Detta stämmer överens med tidigare studier där en korrelation mellan MBA03:s abundans och biogasproduktionen fastställts. Om detta bekräftas, kommer dessa bakterier att vara potentiellt avgörande för utvecklingen av strategier för att öka och förbättra biogasproduktionen.

Projektet har finansierats av EU:s forsknings- och innovationsprogram Horisont 2020.