Científics del projecte d'investigació europeu Micro4Biogas, que coordina el professor de la Universitat de València Manuel Porcar han descobert i caracteritzat un nou ordre taxonòmic de bacteris especialitzats en la descomposició de matèria orgànica i que podrien ser clau per a millorar la producció de biogàs. El grup, al qual han anomenat Darwinibacteriales, és un dels més abundants en els reactors de producció de biogàs, però mai havia sigut caracteritzat en profunditat
El descobriment ha sigut realitzat per investigadors alemanys, holandesos i espanyols. Aquests últims pertanyents a l'Institut de Biologia Integrativa de Sistemes (I2SysBio, UV-CSIC) i a l'empresa Darwin Bioprospecting Excellence, les dues institucions situades en el Parc Científic de la Universitat de València (PCUV). Van prendre 80 mostres de matèria orgànica en descomposició de 45 plantes de producció de biogàs a gran escala (a Alemanya, Països Baixos i Àustria) i van seqüenciar el seu ADN per a estudiar la seua composició microbiana. Sorprenentment, els membres de Darwinibacteriales eren presents en les 80 mostres, malgrat les diferències i la distància entre aquestes plantes.
Els científics buscaven en el seu estudi als principals actors microbians del procés conegut com a digestió anaeròbica, pel qual la matèria orgànica es degrada i després es transforma en un gas d'alt valor energètic que té utilitat com a combustible. Aquest procés es considera una ‘caixa negra’, ja que es desconeixen les rutes metabòliques que exerceixen la majoria dels microorganismes involucrats.
Millorar la producció de biogàs constituiria un canvi de paradigma en la indústria energètica, ja que reduiria la dependència dels combustibles fòssils i de l'energia importada. Però la falta d'investigació microbiològica ha frenat el sector. "Aquest és un exemple molt bonic d'alguna cosa que era ací, que és fonamental per a produir biogàs, però que romania ocult", valora Manuel Porcar, coordinador científic del projecte Micro4Biogas i coautor dels articles. "El nostre treball mostra la punta d'un iceberg microbià que molt probablement és clau per a la producció de biogàs, però que mai s'havia caracteritzat a nivell genòmic".
Gràcies a aquest descobriment, el següent pas per a l'equip de Micro4Biogas serà crear comunitats optimitzades i altament eficients de microorganismes productors de biogàs. El seu objectiu és aconseguir que les plantes de biogàs gaudisquen de procediments més robustos i aquestes instal·lacions siguen menys dependents de subsidis per a operar de manera competitiva, la qual cosa impulsaria les energies renovables a tot el món.
"Aquest és un exemple molt bonic d'alguna cosa que era ací, que és fonamental per a produir biogàs, però que romania ocult", Manuel Porcar, coordinador científic del projecte Micro4Biogas i coautor dels articles
Un grup de microorganismes ignorat
Per a comprendre la composició i diversitat de les comunitats microbianes presents en totes les mostres recopilades, es va realitzar una anàlisi taxonòmica, seqüenciant un gen específic (el gen 16S rRNA) en tota la mostra. Els resultats es van comparar amb bases de dades de referència per a determinar quines espècies o tàxons eren presents i la seua abundància relativa.
MBA03 havia sigut identificat en estudis previs com un grup de bacteris no cultivats en el laboratori, però ningú li havia prestat gran atenció. "Generalment es detectava [aquest grup] en analitzar microbiomes a través de la seqüenciació del gen 16s rRNA", explica Adriel Latorre, director del Departament de Genòmica en Darwin Bioprospecting i autor principal de l'estudi.
Per a realitzar una investigació més profunda sobre aquest grup desconegut, es van seqüenciar per complet 30 mostres en les quals s'havia confirmat l'abundància de MBA03. "Però, sorprenentment, quan analitzem els metagenòmes complets de les 30 mostres, no detectem MBA03 en cap d'elles. Això va revelar una limitació tècnica: el genoma d'aquest tàxon no estava disponible en les bases de dades. A partir d'eixe moment, el nostre objectiu era clar: havíem d'aïllar el genoma de MBA03 i descriure'l en profunditat", afirma Latorre.
"Però, sorprenentment, quan analitzem els metagenòmes complets de les 30 mostres, no detectem MBA03 en cap d'elles. Això va revelar una limitació tècnica: el genoma d'aquest tàxon no estava disponible en les bases de dades. A partir d'eixe moment, el nostre objectiu era clar: havíem d'aïllar el genoma de MBA03 i descriure'l en profunditat", Adriel Latorre, director del Departament de Genòmica en Darwin Bioprospecting i autor principal de l'estudi
Usant el conjunt de dades de Micro4Biogas, les reconstruccions filogenètiques i filogenòmics van corroborar que MBA03 constitueix un nou ordre, és a dir, el grup taxonòmic per damunt de família, gènere i espècie. El nou ordre ha sigut batejat com Darwinibacteriales.
Els científics sospiten que una família en particular dins d'aquest nou ordre, els Darwinibacteriaceae, treballa en col·laboració mutualista amb arqueges, un altre tipus de microorganismes involucrats en la digestió anaeròbica. Els bacteris produeixen compostos metabòlics que les arqueges utilitzen per a generar gas metà. Si es confirma aquesta relació, aquests bacteris seran l'objectiu principal per a desenvolupar estratègies per a augmentar i millorar la producció de biogàs.
Projecte Micro4Biogas
Micro4Biogas és un projecte finançat per la UE (H2020, número d'acord de subvenció 101000470) que treballa en el desenvolupament de consorcis microbians personalitzats per a augmentar la producció de biogàs.
Reunint 15 institucions de 6 països (incloent universitats, empreses i el govern local d'una ciutat espanyola on es construirà una planta de biogàs d'avantguarda), el projecte té com a objectiu augmentar el rendiment, la velocitat, la qualitat i la reproducibilitat de la producció de biogàs, consolidant aquesta energia renovable com una opció viable des del punt de vista ambiental, polític i econòmic.
Notícia