A biotechnológiai és környezeti mikrobiológiai folyamatokban szerepet játszó anaerob mikrobák tanulmányozása az alap és alkalmazott kutatás szempontjából is izgalmas terület. A komplex anaerob mikrobaközösségek működését és a résztvevő mikrobák, mikroba csoportok közötti együttműködő és antagonisztikus kapcsolatok feltárása és megértése a csoportunk fő tudományos érdeklődési területe. Modell rendszerként elsősorban a biogáz termelő rendszerek vizsgálata területén rendelkezünk több évtizedes tapasztalattal, de a kutatási stratégia kiterjeszthető egyéb anaerob mikroba közösségek vizsgálatára is, mint például az állatok és az ember emésztő rendszerében működő, vagy anaerob természetes környezetben kialakuló közösségek.

A mikroba közösségek az életfolyamataik fenntartása érdekében a szervesanyagok hatékony lebontását igyekeznek megvalósítani. A nehezen lebontható potenciális szubsztrát molekulák előkezelésben történő hasznosítására alkalmas mikrobák, elsősorban baktériumok és gombák olyan enzimeket képesek termelni, melyekkel a mikroba közösség tagjai számára részben feltárható a rendszerbe bevitt biomassza, így azt természetes környezetben kialakuló mikroba közösségek már könnyebben képesek tovább metabolizálni. A természetben legnagyobb mennyiségben újratermelődő, megújuló, de nehezen bontható biomassza a lignocellulóz stabil szerkezetét aerob és anaerob gombák és egyes baktériumok képesek a további fermentációra alkalmassá tenni.

Anaerob életmódot folytató mikrobák esetében azok közvetlenül bevihetők a mesterséges környezetet jelentő fermentorba, ahol a környezeti paraméterek szabályozásával kontrollálható a szervesanyag lebomlás sebessége és a keletkező termékek összetétele, például szerves savak, vagy megújuló energiahordozóként felhasználható biometán vagy biohidrogén. A szabályozott anaerob fermentációval a mezőgazdasági vagy ipari melléktermékként keletkező biomasszában tárolt kémiai energia visszavezethető a körkörös gazdasági folyamatokba. A mikroba közösségek összetételét és biológiai aktivitását a klasszikus mikrobiológiai módszerek és modern biokémiai analitikai eljárások alkalmazása mellett az összetett rendszerek tanulmányozására metagenomikai, metatranszkriptomikai és genom centrikus metagenom megközelítéseket alkalmazunk. Ezekkel a módszerekkel a mikroba közösség tagjait és a közösség működésében betöltött szerepüket anélkül lehet megismerni, hogy az egyes mikrobákat izoláltuk volna. A sok száz mikrobáról készülő molekuláris „csoportképen” be lehet azonosítani a résztvevő mikrobákat, a bennük éppen aktívan működő anyagcsere folyamatokat, biokémiai utakat és ezeket a biológiai aktivitásokat az egyes taxonómiai szereplőkhöz tudjuk rendelni. Az egész közösség összehangolt működéséről így egyre pontosabb képet tudunk összeállítani.

Ezeket az ismereteket felhasználva racionálisan megtervezett módon be lehet avatkozni a mikroba közösség dinamikusan változó működésébe olyan ismert mikrobák bejuttatásával, bioaugmentálással, amivel a fermentációs folyamatokat a kívánt irányba módosítjuk. Például az anaerob közösség számára alkalmatlan, alacsony szén:nitrogén tartalmú alapanyagokat fenntartható módon lebontani és hasznosítani képes mikroba közösségeket fejlesztettünk ki élelmiszer feldolgozó ipari, állati fehérjékben dús melléktermékek hasznosítására.

Összetett megújuló energiatermelő rendszerek biotechnológiai elemekkel való kiegészítése a „Power-to-Gas” technológia. Az utóbbi évtizedekben világszerte rohamosan terjednek a napenergiából közvetlenül vagy közvetve megújuló, „zöld” áramot termelő technológiák (elsősorban a fotovoltaikus és szélenergia). A környezeti viszonyoktól függően ezek az eljárások hullámzó módon állítják elő az elektromos hálózatba táplált elektromos áramot. A kiegyensúlyozott áramszállításra és átmeneti tárolásra kiépített elektromos hálózatok csak nagy veszteségekkel tudják kezelni a helyzetet. A Power-to-Gas megoldásban a fel nem használt „zöld áramot” vízbontással hidrogén és oxigén gázzá alakítják. A hidrogént az anaerob biogáz termelő mikroba közösségben található metanogén mikrobák szén-dioxid redukálására tudják használni. Ezzel a biotechnológiai lépéssel a nehezen kezelhető megújuló áramot a földgáz vezetékekben könnyen szállítható és tárolható másik energia hordozóvá alakítjuk át miközben a globális klímaváltozásban kulcsszerepet játszó szén-dioxid szintet is csökkentjük. A legújabb kutatásokban az elektromos áramot elektrokémiai rendszerekben kialakított anaerob mikroba közösségek segítségével közvetlenül hasznosítják a mikrobák biometán előállításra.

Csoporttagok: