8 مارس 2023 – توسط دانشگاه موناش-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
دانشمندان استرالیایی آنزیمی را کشف کردند که هوا را به انرژی تبدیل می کند. این یافته که در مجله نیچر منتشر شد، نشان می‌دهد که این آنزیم از مقادیر کم هیدروژن موجود در جو برای ایجاد جریان الکتریکی استفاده می‌کند. این یافته راه را برای ایجاد دستگاه هایی باز می کند که به معنای واقعی کلمه از هوای رقیق انرژی می گیرند.
تیم تحقیقاتی به رهبری دکتر ریس گرینتر، دانشجوی دکترا اشلی کروپ و پروفسور کریس گرینینگ از موسسه اکتشاف زیست پزشکی دانشگاه موناش در ملبورن استرالیا، یک آنزیم مصرف کننده هیدروژن را از یک باکتری معمولی خاک تولید و آنالیز کردند.
کار اخیر این تیم نشان داده است که بسیاری از باکتری ها از هیدروژن اتمسفر به عنوان منبع انرژی در محیط های فقیر از مواد مغذی استفاده می کنند. پروفسور گرینینگ گفت: مدتی است که می‌دانیم باکتری‌ها می‌توانند از هیدروژن موجود در هوا به عنوان منبع انرژی برای کمک به رشد و بقا استفاده کنند، از جمله در خاک‌های قطب جنوب، دهانه‌های آتشفشانی و اعماق اقیانوس. اما ما نمی‌دانستیم که چگونه این کار را انجام دادند.»
در این مقاله نیچر، محققان آنزیمی را که مسئول استفاده از هیدروژن اتمسفر است از باکتری به نام مایکوباکتریوم اسمگماتیس استخراج کردند. آنها نشان دادند که این آنزیم که Huc نام دارد، گاز هیدروژن را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. دکتر گرینتر خاطرنشان می کند:Huc فوق العاده کارآمد است. بر خلاف سایر آنزیم ها و کاتالیزورهای شیمیایی شناخته شده، حتی هیدروژن را کمتر از سطوح جوی مصرف می کند – به اندازه 0.00005٪ از هوایی که ما تنفس می کنیم.
محققان از چندین روش پیشرفته برای نشان دادن طرح مولکولی اکسیداسیون هیدروژن جو استفاده کردند. آنها از میکروسکوپ پیشرفته (cryo-EM) برای تعیین ساختار اتمی و مسیرهای الکتریکی آن استفاده کردند و مرزها را برای تولید حل‌شده‌ترین ساختار آنزیمی که تا به امروز با این روش گزارش شده است، تحت فشار قرار دادند. آنها همچنین از تکنیکی به نام الکتروشیمی استفاده کردند تا نشان دهند که آنزیم خالص شده الکتریسیته را در غلظت های کوچک هیدروژن ایجاد می کند.
کار آزمایشگاهی انجام شده توسط Kropp نشان می دهد که امکان ذخیره Huc خالص برای مدت طولانی وجود دارد. کروپ گفت: “به طرز شگفت انگیزی پایدار است. می توان آنزیم را منجمد کرد یا آن را تا 80 درجه سانتیگراد گرم کرد و قدرت خود را برای تولید انرژی حفظ می کند.” “این نشان می دهد که این آنزیم به باکتری ها کمک می کند تا در شدیدترین محیط ها زنده بمانند.”
Huc یک “باتری طبیعی” است که یک جریان الکتریکی پایدار از هوا یا هیدروژن اضافه شده تولید می کند. در حالی که این تحقیق در مراحل اولیه است، کشف Huc پتانسیل قابل توجهی برای توسعه دستگاه های کوچک با انرژی هوا دارد، به عنوان مثال به عنوان جایگزینی برای دستگاه های خورشیدی.
باکتری هایی که آنزیم هایی مانند Huc تولید می کنند رایج هستند و می توانند در مقادیر زیاد رشد کنند، به این معنی که ما به منبع پایدار آنزیم دسترسی داریم. دکتر گرینتر می‌گوید که یک هدف کلیدی برای کار آینده، افزایش تولید Huc است. هنگامی که ما Huc را در مقادیر کافی تولید کنیم، آسمان به معنای واقعی کلمه امکان استفاده از آن برای تولید انرژی پاک را دارد.
