Til hovedinnhold

Urgamle mikrober med stort industripotensial

Urgamle mikrober med stort industripotensial

Publisert 29. april 2014
Mikroorganismer som lever i dypet i oljereservoar tåler så ekstreme forhold at de kan brukes i tøffe kjemiske prosesser. Det viser nye studier.
Main intro image
I laboratoriet blir hele mikrobesamfunnet fra oljedypet kartlagt. Dette gir forskerne unik informasjon om blant annet hardføre enzymer. Foto: Anna Lewin/NTNU

I oljereservoar 2-3 kilometer under havbunnen finnes mikroorganismer som har levd isolert i mange millioner av år, helt siden prosessen med å omdanne organisk materiale til fossilt brennstoff startet.

Disse organismene lever under ekstreme forhold. Temperaturen er opp mot vannets kokepunkt, trykket er mer enn 250 ganger atmosfæretrykket, de lever i olje full av tungmetaller og andre giftige kjemiske forbindelser og har ikke tilgang til lys og luft. Disse mikrobene (bakterier og såkalte arkebakterier) tåler med andre ord uhyre mye.

Tiden har stått stille

Alexander Wentzel. Foto: Sintef

Alexander Wentzel. Foto: Sintef

Klikk for å åpne

– Slektningene til disse organismene levde en gang på jordens overflate. På grunn av de begrensninger som miljøet har skapt siden de ble begravd, har de ikke utviklet seg i særlig grad. De har tilpasset seg, men det har skjedd uendelig langsomt. De formerer seg også meget langsomt fordi de har så lite tilgang til en del viktige næringsstoffer. Doblingstiden, altså tiden som en mikrobecelle trenger for å dele seg i to, kan være på mange år. Tiden har i grunnen stått stille for disse mikroorganismene nede i mørket, sier Alexander Wentzel, seniorforsker ved Sintef.

– Men det er mye liv der nede i oljen, vi har funnet mange titalls ulike mikroorganismer. Noen er kjent fra før, andre er ukjente. Felles for dem er at de er termofile, altså at de elsker varme. Vi finner lignende organismer i områder der det er vulkanske aktivitet, som i geysirer og ved black smokers, sier Anna Lewin, forsker ved Institutt for bioteknologi, NTNU.

Oppsiktsvekkende funn

Wentzel, Lewin og samarbeidspartnere i Statoil med Hans Kristian Kotlar i spissen, har gjort oppsiktsvekkende funn i sine forskningsprosjekt siden 2008. Mikroorganismene de har hentet opp fra oljedypet, kan både gi interessante svar på grunnforskningsnivå og brukes til å forbedre kjemiske prosesser.

Anna Lewin. Foto: NTNU

Anna Lewin. Foto: NTNU

Klikk for å åpne

– Grunnforskningsaspektet er interessant når man studerer et så gammelt og ekstremt miljø. Det gir kunnskap om det opprinnelige livet på jorda og hvilken utvikling som har skjedd på flere millioner år, sier Anna Lewin.

Forskerne har hittil studert prøver fra flere ulike oljereservoar på norsk sokkel.
– Det er stor forskjell på mikrobene som lever nede i oljereservoarene og de som lever på jordens overflate. Men vi ser overraskende liten forskjell mellom de ulike oljereservoarene, konstaterer Lewin.

Hva kan funnene bidra til?

Mikroorganismene har et stoffskifte bygd opp av termostabile enzymer, altså enzymer som holder seg stabile og fungerer utmerket ved høy temperatur. Slike enzymer kan brukes til å effektivisere ulike kjemiske prosesser nettopp fordi de tåler sterk varme.

Produksjonen på plattformen må stanses når oljeprøvene skal hentes opp fra reservoaret og fraktes opp gjennom rørsystemet. Foto: Thinkstock.com

Produksjonen på plattformen må stanses når oljeprøvene skal hentes opp fra reservoaret og fraktes opp gjennom rørsystemet. Foto: Thinkstock.com

Klikk for å åpne

– Kjemiske prosesser går generelt mye raskere ved høy temperatur. Disse enzymene kan bidra til å effektivisere kjemiske prosesser og dermed skape økonomisk gevinst. Dette har et enormt markedspotensial innen industriell bioteknologi. For eksempel kan enzymene brukes i prosesser med nedbryting av biomasse som trevirke for å lage biodrivstoff og andre bioraffineri-produkter. De kan bidra til at prosessen går mye raskere og at den blir mer lønnsom, sier Wentzel.

Les også: Gruvedrift på dypt vann

– Disse enzymene representerer også et stort potensial for å bedre prosesser i CO2-fangst fordi de tåler de store temperatursvingningene under CO2-fangst-prosessen.

– Men dette er kun to eksempler som vi ser nærmere på. Prøver fra oljereservoar, opparbeidet på den måten som vi har gjort, er en gullgruve for enzymer til nye og forbedrede bioteknologiske prosesser i en hel rekke ulike markedssegmenter. Vi håper at vår forskning og teknologi kan bidra til at norsk industri kan utvikle moderne prosesser som vil øke konkurransedyktigheten internasjonalt, sier Wentzel.

Første prøver i verden

Dette er første gang at noen har hentet ut levende prøver fra oljereservoar til en så omfattende studie av mikrobielle samfunn i reservoarer.

– Å hente ut slike prøver er en metodeutfordring. Mikroorganismene lever under så sterkt trykk at hvis trykket synker raskt, går de i oppløsning rett og slett, forklarer Wentzel. Dessuten er det svært viktig å unngå forurensing av prøvene under prøvetaking. Dette unngås gjennom optimal forberedelse av utstyret og personalet på oljeplattformen.

Løsningen ble derfor å ta prøvene i spesielle trykkflasker som ble koblet til rør som vanligvis transporterer olje og gass fra reservoaret til oljeplattformen. Under prøvetakingen måtte oljeproduksjonen på plattformen stoppes.

– Å stoppe produksjonen koster enormt mye, slik at hver prøve vi får tatt er verdt sin vekt i gull. Det er samarbeidet med Statoil som har gjort dette mulig, sier Wentzel.

Studerer hele mikrobesamfunnet

Forskerne er også de første i verden som har brukt metagenomikk på denne type prøver. Dette har gitt dem mulighet til å studere et helt samfunn av mikroorganismer hentet fra sitt naturlige levemiljø.

Oljereservoar-mikrober sett gjennom mikroskoplinsen. Foto: Asgeir Winnberg/Sintef

Oljereservoar-mikrober sett gjennom mikroskoplinsen. Foto: Asgeir Winnberg/Sintef

Klikk for å åpne

Genomet er hele organismens arvemessige informasjon som er kodet inn i organismens DNA. Hos en art omfatter genomet artens samlede, nedarvede DNA-sekvenser. Metagenomstudier gir oversikt over genomene til mange mikroorganismer som lever på samme sted og som ikke lar seg dyrke under normale laboratoriebetingelser.

– Hvis man prøver å formere organismer fra naturprøver i et laboratorium, får man et skjevt bilde av samfunnet. Det er meget vanskelig å gjenskape det spesielle miljøet i oljereservoaret. Ved bruk av metagenomikk får vi et mye bedre og mer representativt bilde, forklarer Wentzel.

Gjennom sekvensering av metagenomet, altså det samlede arvestoffet til alle mikrober i reservoaret, har forskerne skaffet seg oversikt over de mange ulike mikroorganismer som lever i dypet. Dermed har de gjort et viktig skritt til å forstå de komplekse mikrobielle samfunnene i oljereservoarer.

Forskerne jobber nå med å få hentet opp prøver fra flere andre oljereservoar for å kunne bekrefte sine hypoteser og fortsette forskningen på enzymer med industrielt potensial.

Foreløpig er to artikler publisert om forskningsfunnene: Denne og denne.

Dessuten er det laget to oversiktsartikler på oljereservoar mikrobiologi og metagenomikk av ekstreme miljøer generelt. De finner du her og her.