Bakterier fra antarktisk grønn snø kan vise seg å være produsenter av enzymer som effektivt degraderer fjæravfall og verdifulle og polyestere som er viktige komponenter i bioplast. Det viser ny forskning fra NMBU.
Doktorgradsarbeidet til Margarita Smirnova presenterer for første gang en omfattende karakterisering av bakterier isolert fra grønn snø fra Øst-Antarktis, og bakteriens bioteknologiske potensial.
Når noen snakker om bakterier, tenker de fleste av oss på å bli syke eller forgiftet. Men bakterier er bittesmå organismer som finnes overalt, fra tarmen til snø og isbreer. Bakterier kan produsere et bredt spekter av kjemiske stoffer. Disse kalles ofte biologiske stoffer, fordi de kan erstatte fossilbaserte kjemikalier som kan brukes i bioplast, biodrivstoff, kosmetikk og legemidler. Derfor leter forskere fra hele verden etter nye bakterier som kan produsere slike verdifulle biokjemikalier.
– Det er bakterienes opprinnelsessted som definerer hvilke egenskaper de har. Bakterier fra områder med ekstremt varme eller kalde miljøer har unike egenskaper og evnen til å produsere uvanlige og interessante biologiske stoffer, sier Margarita Smirnova.
Hun har skrevet doktorgradsavhandling ved NMBUs Fakultet for realfag og teknologi. I avhandlingen karakteriser hun et stort antall bakterier som nylig ble hentet ut fra antarktisk grønn snø, og vurderer om de kan brukes til å produsere andre nyttige stoffer, såkalt bioprospektering.
Bittesmå innbyggere i grønn snø
Grønn snø er et unikt fenomen som bare finnes i polare områder og er knyttet til algeoppblomstring. Mens fargen kommer fra alger, er det mange andre mikroskopiske innbyggere i grønn snø, som bakterier, cyanobakterier og sopp. Alle spiller en viktig rolle i CO2-fangst og næringssyklus.
Mens grønne snøalger og sopp tidligere har blitt karakterisert og studert mye, er Smirnova den første som gjør en så omfattende karakterisering av grønne snøbakterier.
– Hovedideen med dette doktorgradsarbeidet var å karakterisere kjemiske stoffer produsert av disse bakteriene intracellulært når de dyrkes ved forskjellige temperatur- og næringsforhold, sier hun.
Ved å bruke tradisjonelle mikrobiologiske teknikker kombinert med moderne vibrasjonsspektroskopi, fant Smirnova ut at grønne snøbakterier endrer cellekjemien sin når de tilpasser seg forskjellige temperaturer. Videre ble tilpasning til ulike næringsforhold hovedsakelig assosiert med endringen i lipid- og esterproduksjonen. Doktorgradsarbeidet viser at noen grønne snøbakterier kan være potensielle produsenter av verdifulle lipider og polyestere som er viktige komponenter i bioplast.
Bakterie kan bryte ned fjær ved romtemperatur
Alle bakterier var effektive enzymprodusenter, og en av dem, Arthrobacter oryzae, var usedvanlig effektiv til å produsere keratin-nedbrytende enzymer og bryte ned fjæravfall ved romtemperatur.
– Fjæravfall er en global utfordring som vi foreløpig ikke har noen god løsning på. Arbeidet mitt viser at ved bruk av grønn snø-bakterien Arthrobacter oryzae, kan fjæravfall enkelt gjøres om til C-N-rike hydrolysater. Disse kan man utforske videre i fermenterings- eller fôrapplikasjoner, sier Smirnova.
Det at Arthrobacter oryzae kan bryte ned fjær ved romtemperatur er spesielt viktig for videre optimalisering og industrialisering av en slik prosess fordi den er mer kostnadseffektiv.
Doktorgradsarbeidet til Smirnova viste at grønne snøbakterier har et stort potensial for fremtidige bioteknologiske anvendelser. Den viste også at disse bakteriene har et veldig robust kjemisk maskineri for å tilpasse seg skiftende ekstreme forhold i Antarktis.
Margarita Smirnova forsvarer sin doktorgradsavhandling «Biokjemisk karakterisering og bioprospektering av grønne snøbakterier» fredag 30. juni 2023. Les disputasoppslaget her.