Mikrober är hungriga. Hela tiden. Och de bor överallt, i enorma antal. Vi kanske inte ser dem med blotta ögat, men de finns i jordar, sjöar, hav, hydrotermiska ventiler, våra hem och till och med i och på våra egna kroppar. Och de hänger inte bara där. De äter alltid. Tillsammans äter de så mycket att de påverkar hela planetens elementarcykler.
Många av de mikrober som lever på vår planet gör sitt yttersta för att hålla dessa elementära cykler i perfekt balans. Faktum är dock att mänskliga ingrepp avsevärt har förändrat balansen mellan mer än en av dem.
Det låter ganska dystert – och delvis är det det. Det är dags för en förändring. Och nyckeln till förändring kan ligga i den enkla egenskap som vi delar med alla levande organismer på jorden. Allt behöver mat, från de mikroskopiskt små till de största blåvalarna. För mikrober kan mat innehålla i stort sett vad som helst. Vissa mikrober livnär sig på äpplen, andra föredrar mjölksocker (laktos) och hjälper oss att göra yoghurt och ost. Och många, många mikrober gillar smaken av avfall.
Detta är oerhört praktiskt när det gäller att rensa vårt avloppsvatten till exempel. Miljarder mikrober i avloppsreningsverk slukar glatt upp alla näringsämnen i vattnet som spolas ner i våra avlopp. Detta minskar vår risk att bli sjuk och bidrar till att förbättra ytvattenkvaliteten. Ganska fantastiskt, eller hur?
Globala elementarcykler
Mikrober spelar en avgörande roll i alla jordens elementarcykler och visar hur planetsystem är naturligt cirkulära. Vissa mikrober på vår planet kan förvandla sin mat till våra bränslen. Och de livnär sig också på avfall. I fyra år har jag studerat bränsleproducerande mikrober som äter kolmonoxid – en mycket giftig, brandfarlig gas som bildas bland annat vid ståltillverkning. För närvarande producerar stålindustrin cirka 2 miljarder ton stål per år, och kolmonoxid utgör mellan 20 % och 30 % av deras avfallsgaser. Det avfallet kolmonoxid förbränns för att producera koldioxid. Mindre giftigt, men ändå ganska skadligt. Men kolmonoxidkonsumerande mikrober skulle kunna förvandla dessa enorma mängder avfallsgas till grönt bränsle.
Små kemister
De kolmonoxidförbrukande mikroberna som jag studerade under min doktorsexamen kan producera etanol, ett biobränsle som redan har blandats in i vanliga bränslen i flera decennier för att göra dem lite grönare.
Men det mesta av världens bioetanol produceras av livsmedelsgrödor. Detta har väckt debatt om att prioritera bränsle framför mat – ska vi verkligen använda grödor för att driva våra bilar, när en betydande del av världens befolkning svälter?
Som tur är kan våra små kolmonoxidätande vänner göra etanol av avfallsgaser. Jag undersökte hur man pressade dem att göra så mycket etanol som möjligt, så snabbt som möjligt.
För att studera dessa små mikrober lät jag dem växa i glaskärl som kallas bioreaktorer. Varje bioreaktor innehöll bubblor av dyrbar kolmonoxid som mina mikrober använder som matkälla. Jag kontrollerade hur mycket kolmonoxid de fick äta och hur snabbt de växte. Jag kunde lägga till extra mattillförsel eller jämföra hur mikroberna reagerade på plötsliga stötar av kolmonoxid eller en kontinuerlig, stabil ström av den. Med all denna kontroll kunde jag testa gränserna för mina mikrobers kolmonoxidätande kapacitet.
Men även för kolmonoxidätande mikrober kan kolmonoxid vara giftigt. I huvudsak beror det på att de inte riktigt kan välja om de vill äta kolmonoxiden eller inte. Kolmonoxid är en slags översittare. Om det finns där måste de äta det. Precis som Miss Trunchbull tvingar stackars Bruce att äta hela chokladkakan i Roald Dahls Matilda. I likhet med Bruce är kolmonoxidätare dock motståndskraftiga. Om kolmonoxidtrycket runt dem blir för högt, hanterar de det genom att förvandla kolmonoxiden till etanol. Bekvämt så, eftersom detta betyder att om vi låter dessa mikrober växa vid höga kolmonoxidtryck, kommer de att göra massor av etanol åt oss.
Detta är faktiskt skalbart i den verkliga världen också. Ett USA-baserat företag vid namn LanzaTech förvandlar avgas från stålverk och andra avfallsströmmar till bioetanol i fullskaliga fabriker. Och allt detta möjliggörs av mikrober, små små kemister som vi inte ens kan se med blotta ögat: ”Återvinning av kol med biologi”, som LanzaTech säger.
Mikrober är små. Men de kan åstadkomma enorma förändringar och hjälpa oss att gå tillbaka mot ett mer cirkulärt samhälle som gör avfall tillbaka till värde. Det är dags att gå med dem i striden.
Maximilienne Toetie Allaart, Postdoctoral Researcher in Gut Microbiome Research, University of Tübingen
Artikeln är återpublicerad från The Conversation, översatt av Henrik Persson