2023年10月19日
周期表の元素34であるセレンは、少量の動物の細胞機能に不可欠です。しかし、酸素や水と同様に、高濃度のセレンも有毒になる可能性があります。
セレンは、銅や亜鉛の採掘に重要な資源である真鍮のようなカルコプリライトや結晶性スファレライトなどの石炭沈着物や硫化物鉱石に自然に発生します。鉱業プロセスでは残った岩が生まれ、この岩を流れる雨や融雪の水は近くの水路にセレンを運びます。プランクトンは、その元素を組織に直接吸収し、そのプランクトンに餌を与える魚は、発育不全を引き起こすのに十分なセレンを体内に取り込む可能性があります。そして、セレンを管理し、事業を営む地域社会の魚の集団を守るための革新的な方法を見つけることは、鉱業にかかっています。
再生可能エネルギーには採掘が必要
何世代にもわたって、鉱業が生産する金属や鉱物は生活の質の向上に不可欠です。また、低炭素および再生可能エネルギーのテクノロジーに不可欠な材料に対する需要の急増が、この業界に急増しています。
“私たちが製造しているのは社会の基本的な構成要素です”と、カナダ、米国、ペルー、チリに採掘事業を展開するTeck Resources Limitedの加工技術ディレクターであるBryan Rairdan氏は述べています。現在のテクノロジーでは、都市を高密度化したい場合、鉄鋼が必要です。鉄鋼が必要な場合は、製鉄用石炭が必要です。世界を電化させたいのであれば、その電子を銅で動かすのが一番です。
1台の風力タービンには4.7トンの銅と335トンの鉄鋼が必要であり、今から2050年までのネットゼロ排出目標を達成するために、世界は1900年以降に採掘された銅と同じ量の銅を必要とします。グリーンエネルギーインフラの構築にマイニングが不可欠であることを考えると、環境パフォーマンスを向上させるために業界は何ができるでしょうか？
小さな生物は大きな影響を与える可能性があります
その結果、一部のバクテリアはセレンを食べることができ、むしろ炭素代謝が進化して、溶解状態からより固体の形に変換され、人間が水サイクルから逃れることがより容易になりました。
ブリティッシュコロンビア州エルクバレーの製鉄用炭鉱では、Teckは“飽和状態の岩石充填”を製造しました。これは地下水で充填できる大量の廃岩で、これらの特殊なバクテリアで処理して、流域のセレンレベルを下げています。
Teckの水処理施設は、飽和状態の岩の充填物を含め、現在稼働しています。この処理では、処理水からセレンの95%～99%が除去され、モニタリングにより、処理の下流のセレン濃度が安定し、減少していることが明らかになっています。
微生物は、マイニングそのものをより環境に優しいものにすることができます。ほとんどの銅は、大気や水質の汚染に寄与する炉精錬によって得られていますが、世界の銅の約20%は、現在、強力な酸と、自然に金属を浸出させる細菌を使用する水力金属から得られています。
BGC Engineeringの主任地質学/地質工学エンジニア兼H3 R&DリーダーであるBill Burton氏は、鉱業における微生物アプリケーションの可能性は刺激的であると述べています。鉱業業界には、土地の一時的な使用という目標があります。プロセスから生じる廃棄物や副産物を管理する必要があり、微生物バイオテクノロジーがそれに役立つ場所が数多くあります。
例えば、6つの大陸で事業を展開する鉱山会社であるリオティントは、鉱山の影響を受けた水から金属を回収するバイオテクノロジー的な方法を見つけるために、複数のR&Dプロジェクトを支援してきました。また、アロンニアのバイオインフォマティクスのシニアサイエンティストであるElizabeth Deyettは、微粒子を結合して空気をより安全に呼吸できるようにすることで、一部の微生物は粉塵の抑制に役立つ可能性があると説明しています。また、エネルギー効率の高い電球やハイブリッド車のバッテリーなど、多くのグリーンテクノロジーに不可欠なレアアース要素のように、鉱業会社がこれまで探していなかった特定の金属を抽出するのに役立つ微生物もあります。
足の下に潜んでいる可能性のある業界を変える生物は他にいくつありますか？ 発見するには、地球自体から遺伝データを探さなければなりません。
マイニングマイクロバイオーム解析プラットフォーム
これらの生物を発見し、実施するために、カナダ政府のデジタルスーパークラスターイニシアチブは、業界横断的な鉱業微生物分析プラットフォーム（M-MAP）を設立しました。Teck、BGC Engineering、Rio Tinto、Allonniaが参加し、Centre for Excellence in Mining Innovation、Koonnie Canada、Genome BC、およびUniversity of British Columbiaも参加しています。
このパートナーシップの目標は、15,000の採掘現場の水、岩石、土壌サンプルからDNAを抽出し、シーケンスし、データを保管および分析するためのオンラインプラットフォームを構築することです。“M-MAPは時代を先取りしようとしている”とRairdan氏は説明します。とは言え、私たちはこれらの生物がこれを行っていることを知っています。先を見越して、どのような生物が存在し、何をしているかを尋ねています。何を見つけるかは正確にはわかりませんが、データセットは現在存在しないことは知っています。
KoonkieのCEOであるAria Hahn氏は次のように説明しています。博士号取得の防御の最後には、リソースと時間に制限がない場合、どうしますか？という典型的な質問があります。M-MAPは、基本的にこれらの回答の兆候です。当社には、大きな問題を解決し、大きな発見をするための人材、データ量、リソースへのアクセス、専門知識があります。
データの生成と解釈
M-MAPのメンバーは、パートナーシップの目標を単独で達成することはできません。TeckとRio Tintoは、世界中の鉱山からサンプルへのアクセスを提供しており、イルミナのシステムはこれらのサンプルから生のDNAシーケンスデータを生成しています。Burtonによると、20年前、1つの土壌サンプルのシーケンスには数十万ドルのコストがかかるとのことです。今では数百人を対象にしています。これを改善するテクノロジーは、イルミナのイノベーションが生まれるまで実現不可能でした。私たちにとってまったく新しい世界への扉が開かれています。
このプロジェクトでは、イルミナはDNAの短い断片をターゲットとするアンプリコンシーケンスと、サンプル中の微生物群全体の解析を行うメタゲノミクスの両方を使用しています。シーケンスは始まったばかりですが、すでに明らかにされています。最初の100の全ゲノムのうち、鉱山からキャプチャできたのは、そのうち約80%が新規でした。“ここでは多くの発見を見ていきます。”
Koonkieのバイオインフォマティクスは、生のシーケンスデータを取得して、それを使用可能なものに変えます。私たちは、As、Ts、Gs、Csを取り上げ、誰がそこにいるのかを尋ねる責任があります。誰が何をしていますか？ Hahn氏は述べています。独自の統計ソフトウェアは、ノイズの中で意味のあるシグナルを見つけ出し、それをアノテーションして、遺伝子工学と合成生物学の開発に最適なターゲットのように思える、文書化された遺伝子と新規遺伝子の両方にスポットライトを当てます。
より良いバクテリアの形成
場合によっては、M-MAPは、鉱山の仕事にすでに完全に適している生物を見つけることができます。Allonniaがこれまでに発見した発見の1つは、1,4-ジオキサン（地下水を汚染する化粧品産業の副産物）を処理したところ、わずかCO2とH2Oにまで達する自然発生の細菌でした。
また、自然は労働力の準備に多少の助けを必要とする場合もあります。例えば、有毒廃棄物の処理に有用な遺伝子は、ヒトに有害な微生物に見られる可能性があります。Allonniaは、遺伝子工学の優れた能力を引き出し、有益な遺伝子を抽出し、無害であることが知られている別の微生物に輸送することができます。
“生物に選択的な圧力をかける方法があるため、その遺伝子を維持することが彼らにとって有益です”とDeyett氏はまとめています。“彼らはそれを維持して、将来の世代に受け継ぐでしょう” 新しい生活ツール、エトボイラが誕生しました。多くの人が微生物叢について考えるとき、人間の健康について考えます。しかし、実際には、微生物が環境設定に役立つ可能性がはるかに高いと思います。
痕跡を残さない
採掘が完了し、その副産物が処理されると、業界の環境への影響を減らすための最後の重要なステップは、閉鎖された鉱山の修復です。Rio Tintoの鉱山閉鎖研究開発の主任アドバイザーとして、これはニック・グリエフの専門分野です。
オーストラリア、米国、カナダでは、あらゆる規模の廃鉱山地が数十万から数十万まで存在していると彼は述べています。彼らは何年にもわたってそこにおり、今でも周辺の水や町を汚染しています。Rio Tintoは、閉鎖されたサイトやレガシーサイトが、私たちが満足する基準でリハビリテーションされ、さらに重要なことに、地域社会が満足していることを保証する責任を非常に真剣に受け止めています。
現代の鉱業企業は、直接影響を受けるコミュニティの中で業界が直面する抵抗に敏感です。彼らは、この土地が将来の世代にとって使用に適していることを確認する必要があることを知っています。Rio Tintoの修復プロセスでは、古い構造物や設備の解体や撤去から、廃棄物の修復、サイトの在来植物種の補充、肥沃な土壌の補充まで、土地の修復に必要なすべてを考慮しています。
トップソイルの修復は、私たちが直面している最大の課題の1つです。土壌微生物叢はその原産地域に特有であり、完全に復元することはそもそもそこに何が存在していたかを知ることを意味します。微生物が何をしているかを本当に理解する必要があります。特定の微生物を濃縮するには？ 当社サイトにあるユニークな微生物へのアクセスを提供することで、R&Dプロジェクトパートナーをどのようにサポートできますか？ M-MAPを通じて得られるすべての情報は、私たちが持っているものをどのようにさらに活用できるかを理解する上で重要な役割を果たします。
大小を問わず、地球の優れたスチュワード
マイクロコスモスと私たちの関係は、17世紀に初めて発見したときと同じくらい大きなパラダイムシフトを迎えています。300年をかけて、微生物は遍在しているが無害なストワウェイまたは病原体のいずれかであり、あらゆる犠牲を払って根絶されると考えました。さて、この小さな生物が私たちの最大の課題に取り組む上でどのように役立つかを探り始めています。
“見える世界に焦点を合わせるのはとても簡単です”とDeyett氏は述べています。しかし、微生物について学ぶほど、これが彼らの地球であることを知ることができます。メンテナンスと健康に責任があります。彼らは私たちのずっと前にここにいました。そして、彼らは私たちのずっと後にここに来ます。そのため、彼らが理解するには、私たちが目にするすべてのものに何をもたらしたかを理解することです。
