Mikroben sind ständig hungrig. Sie leben überall und in enormer Zahl. Wir sehen sie vielleicht nicht mit bloßem Auge, aber sie sind da BödenSeen, Ozeane, hydrothermale Quellenunsere Häuser und sogar In Und An unser eigener Körper. Und sie hängen nicht nur da rum. Sie fressen immer. Insgesamt fressen sie so viel, dass sie die Elementarkreisläufe des gesamten Planeten beeinflussen.
Viele der auf unserem Planeten lebenden Mikroben tun ihr Möglichstes, um diese Elementarkreisläufe im perfekten Gleichgewicht zu halten. Tatsache ist jedoch, dass menschliche Eingriffe das Gleichgewicht bei mehr als einem von ihnen erheblich verschoben haben.
Das klingt ziemlich düster – und zum Teil ist es das auch. Es ist Zeit für eine Veränderung. Der Schlüssel zur Veränderung könnte in der einfachen Eigenschaft liegen, die wir mit jedem lebenden Organismus auf der Erde teilen. Alles braucht Nahrung, vom mikroskopisch kleinen bis zum größten Blauwal. Für Mikroben kann Nahrung so ziemlich alles enthalten. Einige Mikroben ernähren sich von Äpfeln; andere bevorzugen Milchzucker (Laktose) und helfen uns bei der Herstellung von Joghurt und Käse; und viele, viele Mikroben mögen den Geschmack von Abfall.
Das ist zum Beispiel bei der Reinigung unseres Abwassers äußerst praktisch. Milliarden von Mikroben In Kläranlagen freudig alle Nährstoffe im Wasser aufsaugen, das in unsere Abflüsse gespült wird. Dies verringert unser Krankheitsrisiko und trägt zur Verbesserung der Oberflächenwasserqualität bei. Ziemlich erstaunlich, oder?
Einige Mikroben auf unserem Planeten können ihre Nahrung in unseren Treibstoff umwandeln. Auch sie ernähren sich von Abfällen. Vier Jahre lang habe ich treibstoffproduzierende Mikroben untersucht, die Kohlenmonoxid fressen – ein hochgiftiges, brennbares Gas, das unter anderem bei der Stahlproduktion entsteht. Derzeit produziert die Stahlindustrie ca 2 Milliarden Tonnen Stahl pro Jahrund Kohlenmonoxid macht zwischen 20 und 30 % ihrer Abgase aus. Dieses überschüssige Kohlenmonoxid wird derzeit verbrannt, um Kohlendioxid zu erzeugen. Es ist weniger giftig, aber dennoch ziemlich schädlich. Allerdings könnten kohlenmonoxidverzehrende Mikroben diese riesigen Abgasmengen in grünen Kraftstoff umwandeln.
Kleine Chemiker
Die Kohlenmonoxid verbrauchenden Mikroben, die ich während meines Studiums untersucht habe Ph.D. kann Ethanol produzieren, einen Biokraftstoff, der bereits hergestellt wurde vermischt über mehrere Jahrzehnte hinweg in normale Kraftstoffe umwandeln, um sie etwas umweltfreundlicher zu machen.
Der größte Teil des weltweiten Bioethanols wird jedoch aus Nahrungspflanzen hergestellt. Das hat löste eine Debatte aus über die Bevorzugung von Kraftstoffen gegenüber Nahrungsmitteln – sollten wir wirklich Pflanzen als Antrieb für unsere Autos verwenden, wenn ein erheblicher Teil der Weltbevölkerung hungert?
Glücklicherweise können unsere kleinen Kohlenmonoxid fressenden Freunde Ethanol aus Abgasen herstellen. Ich habe untersucht, wie ich sie dazu bringen kann, etwas zu machen so viel Ethanol wie möglich, so schnell wie möglich.
Um diese kleinen Mikroben zu untersuchen, ließ ich sie in 3-Liter-Glasgefäßen, sogenannten Bioreaktoren, wachsen. Jeder Bioreaktor enthielt Blasen aus wertvollem Kohlenmonoxid, die meine Mikroben als Nahrungsquelle nutzen. Ich kontrollierte, wie viel Kohlenmonoxid sie zu fressen bekamen und wie schnell sie wuchsen. Ich könnte zusätzliche Nahrungsvorräte hinzufügen oder vergleichen, wie die Mikroben auf plötzliche Kohlenmonoxidstöße oder einen kontinuierlichen, stabilen Kohlenmonoxidstrom reagierten. Mit all dieser Kontrolle konnte ich die Grenzen der Kohlenmonoxid-fressenden Kapazität meiner Mikroben testen.
Aber selbst für kohlenmonoxidfressende Mikroben kann Kohlenmonoxid giftig sein. Das liegt im Wesentlichen daran, dass sie nicht wirklich entscheiden können, ob sie das Kohlenmonoxid essen wollen oder nicht. Kohlenmonoxid ist eine Art Tyrann. Wenn es da ist, müssen sie es essen, genau wie Miss Trunchbull den armen Bruce zum Essen zwingt der gesamte Schokoladenkuchen in Roald Dahls „Matilda“. Kohlenmonoxid-Esser sind jedoch ähnlich wie Bruce widerstandsfähig. Wenn der Kohlenmonoxiddruck um sie herum zu hoch wird, reagieren sie darauf, indem sie das Kohlenmonoxid in Ethanol umwandeln. Das ist praktisch, denn wenn wir diese Mikroben unter hohem Kohlenmonoxiddruck wachsen lassen, produzieren sie viel Ethanol für uns.
Dies ist tatsächlich auch in der realen Welt skalierbar. Ein in den USA ansässiges Unternehmen rief an LanzaTech wandelt Abgase aus Stahlwerken und andere Abfallströme in großtechnischen Fabriken in Bioethanol um. Möglich wird das alles durch Mikroben, winzig kleine Chemiker, die wir mit bloßem Auge nicht einmal erkennen können: „Recycling von Kohlenstoff mit Biologie“, wie LanzaTech es ausdrückt.
Mikroben sind klein. Aber sie können enorme Veränderungen bewirken und uns dabei helfen, zu einer stärker kreislauforientierten Gesellschaft zurückzukehren, die Abfall wieder in Wert verwandelt. Es ist Zeit, sich ihnen im Kampf anzuschließen.
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