Ένζυμο μετατρέπει τον αέρα σε ηλεκτρισμό – Έρχεται η… «φυσική μπαταρία»;
Ένα ένζυμο που ονομάζεται Huc (προφέρεται “Huck”) και είναι ένα μη παθογόνο κοινό βακτήριο του εδάφους, Mycobacterium smegmatis, όπου το ένζυμό του, το Huc, που είναι ικανό να «τρώει» υδρογόνο και να παράγει ρεύμα.
Οι μικροβιολόγοι του Πανεπιστημίου Μόνας της Μελβούρνης (Monash) με επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας τον Dr Rhys Grinter του Monash, τον διδακτορικό φοιτητή Ashleigh Kropp και τον καθηγητή Chris Greening, από το Biomedicine Discovery Institut, έκαναν την ανακάλυψη όπου περιγράφεται σε μια νέα έκδοση του περιοδικού Nature.
«Μεταξύ 60% και 80% των βακτηρίων στα εδάφη, ειδικά σε εδάφη που στερούνται θρεπτικών ουσιών, έχουν ένζυμα όπως το Huc και απορροφούν συνεχώς υδρογόνο.
Το εργαστήριο του καθηγητή Greening ειδικεύεται στον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια αποκτούν ενέργεια ενώ στιάζει στις μοριακές μηχανές που συνθέτουν τα βακτήρια και στον τρόπο λειτουργίας τους.
«Γνωρίζουμε εδώ και αρκετό καιρό ότι τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιήσουν το ίχνος υδρογόνου στον αέρα ως πηγή ενέργειας», είπε ο καθηγητής Grinter . «Αλλά δεν ξέραμε πώς το έκαναν αυτό, μέχρι τώρα».
«Φανταζόμαστε ότι μία ενεργειακή πηγή που θα περιέχει Huc θα μπορεί να τροφοδοτεί με ρεύμα μία γκάμα μικρών φορητών συσκευών που θα χρησιμοποιούν τον αέρα, όπως βιομετρικών αισθητήρων, συστημάτων παρακολούθησης του περιβάλλοντος, ψηφιακών ρολογιών, μικρών υπολογιστών κ.ά. Όμως, όταν το Huc τροφοδοτείται με περισσότερο υδρογόνο, παράγει και περισσότερο ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε κυψέλες καυσίμων για να τροφοδοτεί με ενέργεια πιο πολύπλοκες συσκευές, όπως έξυπνα ρολόγια, έξυπνα κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές ή πιθανώς ακόμη και αυτοκίνητα», δήλωσε ο καθηγητής Grinter.
Το Huc λειτουργεί ως σαρωτής αερίου υδρογόνου και σε αντίθεση με όλα τα άλλα γνωστά ένζυμα και χημικούς καταλύτες, μπορεί να καταναλώσει το αέριο κάτω από τα ατμοσφαιρικά επίπεδα.
Με αυτόν τον τρόπο είναι σαν μια φυσική μπαταρία, που παράγει ένα μικρό ηλεκτρικό ρεύμα από αέρα ή πρόσθετο υδρογόνο. Η επιστήμη έχει μπερδευτεί ως προς το πώς λειτούργησε. Αυτό το εύρημα ανοίγει το δρόμο για τη δημιουργία συσκευών που κυριολεκτικά παράγουν ενέργεια, με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας, από τον αέρα.
«Απορροφούν 70 εκατομμύρια τόνους υδρογόνου κάθε χρόνο και αυτό διαμορφώνει τη σύνθεση της ατμόσφαιράς μας, γεγονός που καθιστά αυτή τη διαδικασία σημαντική για τη ρύθμιση του κλίματος. Η κατανόηση της βιοχημείας αυτής της διαδικασίας μπορεί να μας επιτρέψει να την αξιοποιήσουμε για να σταθεροποιήσουμε το κλίμα μας στο μέλλον».
«Αυτό που θέλαμε πραγματικά να κάνουμε ήταν να απομονώσουμε το Huc από ένα βακτήριο ικανό να σαρώσει το ατμοσφαιρικό υδρογόνο», λέει ο Δρ Γκρίντερ.
«Αυτό είναι ένα δύσκολο πράγμα, γιατί συχνά αυτά τα περιβαλλοντικά βακτήρια είναι δύσκολο να καλλιεργηθούν. Έτσι, αναπτύξαμε μια σειρά νέων μεθόδων για, πρώτα, την ανάπτυξη των βακτηρίων, μετά το σπάσιμο τους και μετά τη χρήση της χημείας για να προσπαθήσουμε να απομονώσουμε αυτό το μεμονωμένο συστατικό».
Το βακτήριο που επιλέχθηκε ήταν το Mycobacterium smegmatis, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1884 στην Αυστρία από έναν γιατρό, τον Sigmund Lustgarten, ο οποίος εξέταζε δερματικές παθήσεις. Παρά το γεγονός ότι απομονώνεται σε αυτό το πλαίσιο, το M. smegmatis ζει γενικά στο έδαφος, δεν προκαλεί ασθένειες και είναι σχετικά καλά μελετημένο λόγω της χρήσης του ως μοντέλου για τον οργανισμό για τη φυματίωση της ξαδέλφης του.
«Επίσης», λέει, «ένα από τα πράγματα που είναι σημαντικό για τη μελέτη των βακτηρίων ή τον καθαρισμό των συστατικών είναι να μπορούμε να αλλάξουμε το γονιδίωμά τους. Προσθέστε γονίδια, αφαιρέστε τα και βάλτε λίγο επιπλέον DNA που σας επιτρέπει να καθαρίσετε τα σύμπλοκα. Αυτά τα εργαλεία υπάρχουν για τον M. smegmatis».
paron.gr με πληροφορίες από το Πανεπιστημίο Μόνας της Μελβούρνης (Monash)