Wasserstoffproduzierende Bakterien: Der Schlüssel zu einer fossilfreien Zukunft

Seit Jahrhunderten verlässt sich die Welt auf fossile Brennstoffe zur Energiegewinnung. Im Laufe dieser Zeit ist jedoch ihr negativer Einfluss auf die Umwelt offensichtlich geworden, einschließlich ihrer Auswirkungen auf die Luft- und Wasserverschmutzung und folglich den Klimawandel. Erstmals im Jahr 2023 erreichten die globalen energiebedingten Treibhausgasemissionen über 40 Gigatonnen, wobei Kohlendioxid der Hauptverursacher ist, der 87 % des Gesamtanteils ausmacht [1]. Erneuerbare Energien haben sich zu einer umweltfreundlicheren Alternative entwickelt, und im Jahr 2023 stieg der Verbrauch erneuerbarer Energien mit dem sechsfachen der Rate des gesamten Primärenergieverbrauchs [1]. Wissenschaftler haben nachhaltigere Alternativen verfolgt, einschließlich der Nutzung von wasserstoffproduzierenden Bakterien.

Wasserstoff ist eine vielversprechende Alternative zu fossilen Brennstoffen [2]; er hat einen Energieertrag von 286 kJ/mol, höher als jeder Kohlenwasserstoffbrennstoff, und hat keinen Treibhauseffekt, da bei der Verbrennung nur Wärme und Wasser entstehen [2]. Verschiedene Mikroorganismen produzieren Wasserstoff durch dunkle Fermentation, einen katabolischen Prozess, bei dem Zucker und Proteine zu Carbonsäuren, organischen Lösungsmitteln und Wasserstoffgas metabolisiert werden [2]. Zu diesen Organismen gehören Arten von Clostridium, Enterobacter und Citrobacter, wobei Clostridium am intensivsten erforscht wird [2]. Wissenschaftler setzen diese Forschungsrichtung fort, indem sie versuchen, biohydrogenproduzierende Bakterien aus Bioreaktoren und natürlichen Umgebungen wie Land und Wasser zu isolieren.

Huyen et al. untersuchten das fermentative Wasserstoffproduktionspotenzial von aus Schlamm isolierten Bakterien und identifizierten die geeignetsten Bedingungen für die maximale Wasserstoffproduktion unter verschiedenen Kulturbedingungen [2]. Der Schlamm wurde aus dem To Lich Fluss in Hanoi, Vietnam, entnommen; sie stellten sicher, dass ihre Probe aus der tiefstmöglichen Schicht stammte, um den Ertrag potenzieller Anaerobier zu maximieren [2]. Für die bakterielle Isolation verwendeten sie ein Pepton-Hefe-Extrakt-Medium und inkubierten die Proben in einem Whitley A55 Arbeitsstation [2]. Nach 48 Stunden wurden die Kolonietypen anhand ihrer Form, Farbe, Größe, Erhebung usw. sowie ihrer physio-biochemischen Eigenschaften analysiert [2]. Eine genotypische Analyse wurde ebenfalls unter Verwendung der 16S rRNA Nukleotid-Sequenzierung durchgeführt [2]. Aus 2 Proben isolierten sie erfolgreich 3 Clostridium spp. und setzten ihre Forschung mit dem Stamm CS3 fort, der die höchste Wasserstoffbildungsfähigkeit aufwies [2]. Durch 16S rRNA-Sequenzierung und BLAST fanden sie heraus, dass dieser Stamm eine 99,8%ige Ähnlichkeit zu Clostridium sulfidigenes SGB2 hatte, weshalb sie ihren Stamm C. sulfidigenes CS3 mit der Zugangsnummer SUB14851242 in GenBank nannten [2]. CS3 teilt viele physiologische Eigenschaften mit seinem nächsten Verwandten, einschließlich Motilität, Abwesenheit von Oxidase und Endosporenbildung, was die Annahme unterstützt, dass Stamm CS3 ein Clostridium sp. war [2]. Unter den vielen getesteten Methoden wurde ein maximaler Wasserstoffausbeute von 2,1 mol H2/mol Glukose bei pH 7,0 und 37 °C für 48 Stunden mit einer Agitation von 200 U/min erzielt [2]. Dieser Stamm zeigt ein positives Potenzial für die Biowasserstofffermentation und stellt daher eine vielversprechende nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen dar.

Nachhaltigkeit fördert die ökologische, menschliche und wirtschaftliche Gesundheit und ist ein gesellschaftliches Ziel, das unter Menschen und Unternehmen zunehmend an Bedeutung gewinnt. Daher ist es wahrscheinlich, dass Forschung dieser Art zu den vielen Studien gehören wird, die versuchen, umweltfreundliche Praktiken unter Verwendung von Mikrobiologie zu unterstützen.

Verfasst von DWS Mikrobiologin Kirsty McTear.

Referenzen

1. Energy Institute. Statistical Review of World Energy [Internet]. Statistical review of world energy. 2024. Available from: https://www.energyinst.org/statistical-review
2. Huyen NTT, Trang NH, Ha BTV. Isolation and Characterization of a New High-Yield Hydrogen-Producing Strain, Clostridium sulfidigenes CS3, from Anaerobic Sludge in the To Lich River. VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology. 2024 Dec 9