Обнаружена неизвестная бактерия, превращающая пищевые отходы в энергию

Биотопливный объект в Суррее. Автор: FortisBC

Ежегодно 115 000 тонн пищевых отходов поступают на перерабатывающий объект в Суррее (Канада), где невидимая армия миллиардов микробов превращает всё — от банановой кожуры до остатков пиццы — в возобновляемый природный газ (ВПГ). Исследователи из Университета Британской Колумбии идентифицировали ранее неизвестную бактерию из семейства Natronincolaceae, которая играет ключевую роль в этом процессе.

ВПГ производится при разложении органических отходов со свалок, ферм и очистных сооружений. Полученный газ улавливается, очищается и преобразуется в пригодную для использования энергию.

Вот как это работает. В анаэробном реакторе бактерии сначала расщепляют пищевые отходы на простые соединения, такие как жирные кислоты, аминокислоты и сахара. Другие микробы превращают их в органические кислоты, например, в уксусную кислоту. Затем метан-продуцирующие организмы питаются уксусной кислотой, производя метан, который очищается до ВПГ. Недавно обнаруженный микроб является одним из таких критически важных производителей метана.

Открытие, опубликованное в журнале Nature Microbiology, возглавил доктор Райан Зилс, доцент кафедры гражданского строительства Университета Британской Колумбии, который изучает, как превращать отходы в полезные ресурсы с помощью биологических методов.

«Мы изучали микробное производство энергии на Биотопливном объекте в Суррее, когда заметили нечто странное: микробы, которые обычно потребляют уксусную кислоту, исчезли, но метан продолжал вырабатываться, — сказал доктор Зилс. — Традиционные методы не могли идентифицировать организмы, выполняющие основную работу».

Чтобы решить эту загадку, команда снабдила микробов питательными веществами, содержащими более тяжёлую форму углерода. Микробы используют углерод для создания новых белков, поэтому, отслеживая углерод в белках, исследователи могли определить, кто выполнял работу.

«Превращение отходов в метан — это совместный процесс, в котором участвуют множество взаимодействующих микробов, — пояснил доктор Стивен Халлам, профессор кафедры микробиологии и иммунологии Университета Британской Колумбии и соавтор статьи. — Эта вновь идентифицированная бактерия является одним из ключевых игроков, делающих это возможным».

Богатые белком пищевые отходы естественным образом производят аммиак при разложении, но его избыток может остановить производство метана и вызвать накопление уксусной кислоты, что делает резервуары с отходами кислыми и непродуктивными. Однако недавно обнаруженные микробы устойчивы к высоким уровням аммиака, которые остановили бы других производителей метана, поддерживая работу системы в условиях, когда она обычно выходит из строя.

«Муниципальные объекты многим обязаны этим организмам, — отметил доктор Зилс. — Если уксусная кислота накапливается, резервуары приходится опорожнять и перезапускать — это дорогой и грязный процесс».

Результаты помогают объяснить, почему некоторые реакторы работают с перебоями, в то время как другие, как в Суррее, продолжают производить энергию в сложных условиях. Открытие также предполагает, что среды с высоким содержанием аммиака могут фактически благоприятствовать этим ключевым микробам, что даёт представление для создания более эффективных конструкций.

Управление отходами на суше и на море

Молекулярный метод маркировки также может обнаруживать другие неуловимые микробы. Доктор Зилс и его коллеги теперь используют ту же технику для изучения микробных сообществ, разлагающих микропластик в океане.

Поскольку города по всему миру борются с проблемой управления отходами и переходом на низкоуглеродную энергетику, команда считает, что некоторые из самых маленьких организмов природы могут хранить ключи к решению наших самых больших экологических проблем.

«В следующий раз, когда вы бросите свои отходы в контейнер для компоста, помните: вы не просто компостируете. Вы кормите микроскопические электростанции, которые помогают производить более чистую энергию», — сказал доктор Зилс.

Исследование проводилось в сотрудничестве с FortisBC и Convertus. Исследователи из Объединённого института генома Министерства энергетики США и Лаборатории экологической молекулярной науки также внесли свой вклад в исследование.

Больше информации: Skyler Friedline et al, Activity-targeted metaproteomics uncovers rare syntrophic bacteria central to anaerobic community metabolism, Nature Microbiology (2025). DOI: 10.1038/s41564-025-02146-w

Источник: University of British Columbia

ИИ: Это открытие демонстрирует, как фундаментальные научные исследования могут привести к практическим решениям глобальных проблем. В 2025 году, когда вопросы устойчивого развития и переработки отходов становятся всё более актуальными, подобные биотехнологические подходы могут стать важной частью «зелёного» перехода.