Đột phá từ Mỹ: Phát hiện vi khuẩn vừa "hút" đất hiếm từ đá, vừa biến Trái Đất thành "bẫy" lưu trữ CO2 hiệu quả gấp 58 lần

[Yu Ki San]

Các nhà khoa học tại Đại học Cornell (Mỹ) đã chứng minh vi khuẩn Gluconobacter oxydans, sau khi được chỉnh sửa gene, có thể khai thác các nguyên tố đất hiếm hiệu quả hơn 73% và đồng thời đẩy nhanh quá trình hấp thụ carbon tự nhiên, mở ra một giải pháp "lợi đôi đường" cho cả ngành khai khoáng và môi trường.

Vi khuẩn Gluconobacter oxydans: "Công nhân mỏ" và "chiến binh môi trường" 2 trong 1

Trong một loạt các nghiên cứu đột phá được công bố vào tháng 5 vừa qua, nhóm các nhà khoa học tại Đại học Cornell (Mỹ) đã đưa ra những chiến lược mới nhằm khai thác sức mạnh của một loại vi khuẩn có tên là Gluconobacter oxydans (G. oxydans). Họ đã chứng minh rằng, thông qua một số thay đổi về mặt di truyền, loại vi khuẩn này không chỉ có thể khai thác các nguyên tố đất hiếm một cách hiệu quả mà còn có khả năng giúp Trái Đất lưu trữ nhiều khí CO2 hơn, góp phần vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

"Hút" đất hiếm hiệu quả hơn nhờ chỉnh sửa gene

Trong ba nghiên cứu được công bố, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng vi khuẩn G. oxydans có khả năng tồn tại và phát triển mạnh mẽ trong những điều kiện giàu axit. Chính những phụ phẩm có tính axit mà vi khuẩn này tạo ra trong quá trình sống đã giúp thúc đẩy quá trình chiết xuất sinh học (bio-extraction) các nguyên tố đất hiếm ra khỏi các loại đá.

• Trong nghiên cứu thứ nhất, nhóm chuyên gia đã thực hiện hai chỉnh sửa quan trọng với bộ gene của vi khuẩn: một là để trực tiếp đẩy nhanh quá trình sản xuất axit, và một là để loại bỏ "phanh hãm" tự nhiên vốn kìm hãm việc sản xuất axit của vi khuẩn. Kết quả là, những chỉnh sửa này đã giúp tăng hiệu quả chiết xuất sinh học các nguyên tố đất hiếm lên tới 73%.
• Trong nghiên cứu thứ hai, nhóm nhà khoa học đã tìm hiểu bộ gene của B58, một biến thể có hiệu suất cao của G. oxydans, và tiến hành loại bỏ từng phần một cách có hệ thống để có thể hiểu rõ gene nào làm tăng hoặc giảm hiệu quả của quá trình khai thác sinh học. Kết quả là, họ đã xác định được 89 gene quan trọng, trong đó có tới 68 gene chưa từng được xác định là có vai trò cho mục đích này trước đây.

Bà Sabrina Marecos, một nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Môi trường và Sinh học tại Đại học Cornell, cho biết: "Chúng tôi đã phát hiện ra rằng các gene trong G. oxydans tham gia vào quá trình thu giữ carbon là khác biệt so với các gene ảnh hưởng đến việc chiết xuất các nguyên tố đất hiếm. Thông tin này giúp chúng tôi có thể chỉnh sửa vi khuẩn sao cho chúng trở nên thích hợp nhất với từng nhiệm vụ cụ thể mà chúng tôi muốn chúng thực hiện."

Biến Trái Đất thành "bẫy" thu giữ carbon tự nhiên

Trong nghiên cứu thứ ba, được xuất bản trên tạp chí uy tín Scientific Reports, nhóm nghiên cứu đã hé lộ một khả năng đáng kinh ngạc khác của G. oxydans: nó có thể đẩy nhanh quá trình hấp thụ carbon tự nhiên của các loại đá lên tới 58 lần, qua đó biến những tảng đá thông thường thành những hệ thống có khả năng lưu trữ CO2 lâu dài.

Quá trình này diễn ra như sau: Khi bị nước mưa bào mòn, các loại đá sẽ giải phóng ra những kim loại như canxi và magiê. Những kim loại này sau đó sẽ phản ứng một cách tự nhiên với khí CO2 có trong không khí, tạo thành các loại khoáng vật bền vững (như canxi cacbonat), giúp lưu giữ vĩnh viễn khí nhà kính này và cô lập chúng khỏi bầu khí quyển.

Vi khuẩn G. oxydans đã thúc đẩy quá trình này bằng cách làm cho đá bị mòn nhanh hơn, khiến cho nhiều kim loại bên trong đá được lộ ra và có cơ hội tiếp xúc với CO2 hơn, về cơ bản là biến các khu vực đá này thành những "cái bẫy" thu giữ carbon khổng lồ.

Ông Joseph Lee, một nhà nghiên cứu khác tại Đại học Cornell, giải thích: "Quá trình này có thể diễn ra trong các điều kiện môi trường hoàn toàn bình thường, ở nhiệt độ thấp và không cần phải sử dụng các loại hóa chất mạnh. Nó chỉ đơn giản là hút CO2 một cách tự nhiên và lưu trữ vĩnh viễn dưới dạng các khoáng vật. Chúng tôi cũng đang trong quá trình thu thập những kim loại quan trọng khác về mặt năng lượng, như niken, dưới dạng các phụ phẩm của quá trình này. Đây thực sự là một giải pháp có lợi đôi đường."

Giải pháp cho ngành khai khoáng bền vững

Những nghiên cứu này có ý nghĩa vô cùng to lớn trong bối cảnh hiện nay. Ông Buz Barstow, phó giáo sư tại Đại học Cornell, cho biết: "Lượng kim loại mà chúng ta phải khai thác trong thế kỷ này có thể sẽ lớn hơn mức đã được khai thác trong toàn bộ lịch sử của loài người cộng lại. Tuy nhiên, các công nghệ khai thác truyền thống lại đang gây ra những tác hại rất lớn cho môi trường."

Việc sử dụng các loại vi khuẩn được biến đổi gene như G. oxydans có thể sẽ là một giải pháp mang tính cách mạng, giúp ngành khai thác tài nguyên trở nên hiệu quả hơn, bền vững hơn và thân thiện hơn với môi trường trong tương lai.