“Novas” cianobactérias podem ajudar na luta contra efeito estufa

Pesquisadores dos Estados Unidos e da Itália descobriram uma nova cepa de cianobactérias (algas), totalmente isolada de fontes oceânicas vulcânicas, que pode crescer rapidamente na presença de CO₂ e afundar facilmente na água.

Estas características tornam esta nova estirpe de cianobactérias uma boa candidata para ser uma parte central de projetos de sequestro de carbono de base biológica e de bioprodução de commodities, trazendo a Física.org.

Detalhes da nova cepa de cianobactérias

• A nova cepa foi apelidada de “Chonkus”;
• Foi encontrado na costa da ilha de Vulcano, na Sicília (Itália). Lá, este ambiente tem CO₂ marinho abundante, dadas as aberturas vulcânicas rasas;
• A descoberta foi detalhada em artigo publicado em Microbiologia Ambiental Aplicada.

O carbono dissolvido é relativamente diluído em comparação com todas as outras moléculas do oceano, e isso limita o crescimento dos organismos fotossintéticos que ali vivem. Decidimos investigar o que acontece quando você alivia esse fator limitante indo para um local com muito carbono, onde alguns organismos poderiam ter desenvolvido a capacidade de usá-lo para galvanizar seu crescimento.

Max Schubert, Ph.D., coautor correspondente, ex-cientista da equipe do Wyss Institute da Universidade de Harvard (EUA) e atual cientista-chefe do projeto Align to Innovate

“Esta cepa natural de cianobactérias tem várias características que podem ser úteis aos humanos, incluindo um crescimento altamente denso e uma tendência natural de afundar na água, tornando Chonkus um organismo particularmente interessante para trabalhos futuros em descarbonização e biofabricação”, continuou Schubert.

Schubert, como seu autor correspondente, Braden Tierney, Ph.D., começou a trabalhar juntos quando estavam na Harvard Medical School (HMS) em 2016.

O agora Cientista Chefe do Projeto Align to Innovate é um microbiologista que busca construir ferramentas para a evolução dirigida de bactérias e seus genomas. Em 2019, ele propôs levar seu trabalho às cianobactérias.

A proposta foi apresentada no Simpósio sobre Mudanças Climáticas de 2019 do HMS Consortium for Space Genetics. Ele ganhou o prêmio principal, que financiou suas primeiras investigações relacionadas ao seu trabalho principal com cianobactérias, com o objetivo de estudar seu potencial para ajudar a fixar e sequestrar CO₂.

Por sua vez, Tierney, na época, era pós-doutorado co-orientado pelo orientador de Schubert, George Church, Ph.D. Ele recebeu um artigo de um amigo sobre infiltrações rasas (áreas no fundo do oceano nas quais os gases se infiltram na água, mas são rasas o suficiente para receber luz solar), percebendo que poderia haver micróbios fotossintéticos vivendo em tais ambientes que evoluíram para adquirir a capacidade para capturar CO₂ dissolvido da água.

Para expandir o projeto, Tierney se uniu a Marco Milazzo, Ph.D. e Paola Quatrini, Ph.D, ambas professoras da Universidade de Palermo (Itália). A dupla estava estudando essas fontes rasas.

O então pós-doutorando conseguiu financiamento para realizar uma expedição de coleta e conversou com Schubert para ajudar no entendimento e também no trabalho com as cianobactérias potencialmente presentes no ambiente estudado.

Aos pesquisadores se juntaram outros profissionais do Wyss Institute, HMS, Weill Cornell Medical College, Colorado State University, University of Wisconsin-Madison, MIT, National Renewable Energy Laboratory do Colorado e diversas instituições de Palermo.

Uma vez juntos, eles partiram em uma expedição de campo ao oceano na costa de Vulcano. Lá eles mergulharam e coletaram amostras de água de uma infiltração rasa rica em carbono.

Essas amostras foram enviadas para Boston (EUA), onde cientistas liderados por Schubert isolaram e caracterizaram os micróbios presentes na água analisada.

Com o objetivo de estimular o crescimento das cianobactérias, os pesquisadores replicaram as condições em que os micróbios de rápido crescimento prosperariam, ou seja, em temperaturas quentes, cheias de luz e CO₂.

Após isolar as culturas de enriquecimento, eles descobriram duas cepas de cianobactérias de rápido crescimento, chamadas UTEX 3221 e UTEX 3222. A escolhida para ser mais estudada foi a UTEX 3222 devido ao seu crescimento unicelular. Isto facilitou a sua comparação com cepas de cianobactérias existentes.

A cepa produziu colônias maiores do que outras cepas de cianobactérias de rápido crescimento conhecidas anteriormente, e suas células individuais também eram maiores.

Atingiu uma densidade mais elevada do que as outras linhagens, parecia abrigar grânulos de armazenamento contendo CO₂ nas células e tinha um teor global de carbono mais elevado do que as outras linhagens. Essas características são importantes para o sequestro de carbono e a bioprodução.

Além disso, outro comportamento apresentado por Chonkus é que ele rapidamente se assentou em um pellet denso, simulando “manteiga de amendoim verde”, localizado no fundo dos tubos de amostra, enquanto outras cepas permaneceram suspensas.

Isto é valioso para o processamento industrial, uma vez que a concentração e a secagem da biomassa representam atualmente entre 15% e 30% dos custos de produção.

Muitas das características que observamos em Chonkus não são inerentemente úteis em seu ambiente natural, mas são muito úteis para os humanos. Os organismos aquáticos crescem naturalmente a densidades muito baixas, mas ser capazes de crescer a altas densidades a temperaturas mais elevadas é muito útil nos ambientes industriais que utilizamos para fabricar muitos bens e produtos e pode ajudar a sequestrar mais carbono.

Há uma quantidade incrível de diversidade microbiana no mundo, e acreditamos que é mais eficiente procurar micróbios que já evoluíram para ter sucesso em ambientes relevantes para o homem, em vez de tentar modificar todas as características que desejamos em E. coli cultivada em laboratório. bactérias.

Braden Tierney, Ph.D., coautor do estudo

Além das aplicações potenciais do Chonkus e das versões modificadas no sequestro de carbono, vários produtos à base de algas podem ser produzidos de forma mais eficiente a partir de uma cepa que cresce mais rápida e densamente, como os ácidos graxos ômega-3.

Quanto ao sequestro de carbono, o facto de as cianobactérias colherem carbono diretamente do ambiente onde crescem mostra que são capazes de acoplar os processos de sequestro de carbono e de biofabricação num único organismo.

As amostras UTEX 3222 e UTEX 3221 foram criopreservadas e disponibilizadas publicamente para uso por outros pesquisadores no Coleção de Cultura de Algas pela Universidade do Texas em Austin (EUA).

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Próximas etapas

Após o sucesso alcançado com as cianobactérias italianas, Tierney e dois coautores do artigo, Krista Ryon e James Henriksen, decidiram criar uma fundação sem fins lucrativos chamada Projeto Duas Fronteiras. Ela estuda, a partir de expedições científicas de ponta, como a vida prospera em ambientes externos.

Eles já fizeram expedições a fontes termais no Colorado (EUA), Smoky Lands no Mar Tirreno, recifes de coral localizados no Mar Vermelho e outros locais. Two Frontiers concentra-se em micróbios com usos para três aplicações principais: captura de carbono, reciclagem de CO₂ para produtos sustentáveis ​​e restauração de ecossistemas de corais.

As características inerentes às cepas de cianobactérias naturalmente evoluídas descritas nesta pesquisa têm potencial para serem utilizadas tanto na indústria quanto no meio ambiente, incluindo a biofabricação de produtos úteis à base de carbono ou a liberação de grandes volumes de carbono no fundo do oceano.

George Church, Ph.D., Robert Winthrop Professor de Genética na HMS e de Ciências e Tecnologia da Saúde em Harvard e MIT

“Embora possam ser feitas modificações adicionais para melhorar as capacidades destes micróbios, aproveitar milhares de milhões de anos de evolução é um passo significativo na necessidade urgente da humanidade de mitigar e reverter as alterações climáticas”, continuou ele.

“Mas é muito importante ‘construir os cintos de segurança antes de construir o carro’ – nosso laboratório também estuda abordagens de biocontenção que ajudam a conter e controlar esses tipos de experimentos.”

O Wyss Institute foi fundado na crença de que a natureza é a melhor fonte de inovação do planeta e que emular os seus princípios é a chave para gerar impacto positivo.

Tenho orgulho dessa equipe por sair do laboratório e buscar as melhores ideias na natureza onde já se desenvolveram. Este é um exemplo maravilhoso de como a nossa nova Iniciativa para Futuros Sustentáveis ​​procura abordagens inovadoras para enfrentar as alterações climáticas — o maior desafio da nossa geração.

Don Ingber, MD, Ph.D., diretor fundador da Wyss, Judah Folkman Professor de Biologia Vascular no HMS e no Boston Children’s Hospital e Hansjörg Wyss Professor de Engenharia Biologicamente Inspirada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard