30 اوت 2023-رندر یک هنرمند از Huc در حال مصرف هیدروژن از هوا – توسط آلینا کورختینا
دانشمندان استرالیایی آنزیمی را کشف کرده اند که با استفاده از مقادیر کم هیدروژن موجود در جو برای ایجاد جریان الکتریکی، هوا را به انرژی تبدیل می کند.آنزیم مورد بحث Huc نام دارد که توسط باکتری ها ساخته می شود و به رشد و بقای آنها در خاک، اقیانوس ها، دهانه های آتشفشانی و حتی قطب جنوب کمک می کند.
میکروبیولوژیست های موناش اکنون کشف کرده اند که می تواند از هوای رقیق برق تولید کند.
این کشف مهم در مجله Nature بیان شده است. تیم تحقیقاتی توسط دکتر ریس گرینتر از موناش، اشلی کروپ دانشجوی دکترا و پروفسور کریس گرینینگ از موسسه کشف زیست پزشکی رهبری می‌شد.
آزمایشگاه پروفسور گرینینگ در چگونگی بدست آوردن انرژی باکتری ها تخصص دارد.
پروفسور گرینینگ گفت: مدتی است که می دانیم باکتری ها می توانند از هیدروژن موجود در هوا به عنوان منبع انرژی استفاده کنند. اما ما نمی‌دانستیم که چگونه این کار را انجام دادند.
Huc به عنوان یک جاذب گاز هیدروژن عمل می کند و بر خلاف سایر آنزیم ها و کاتالیزورهای شیمیایی شناخته شده، می تواند گاز را زیر سطح جوی مصرف کند.به این ترتیب مانند یک باتری طبیعی است که یک جریان الکتریکی کوچک از هوا یا هیدروژن اضافه شده ایجاد می کند. علم در مورد چگونگی کارکرد آن گیج شده است. این یافته راه را برای ایجاد دستگاه هایی باز می کند که به معنای واقعی کلمه انرژی را به شکل الکتریسیته از هوای رقیق تولید می کنند.
دکتر گرینتر می‌گوید: «کاری که ما واقعاً می‌خواستیم انجام دهیم این بود که Huc را از یک باکتری که قادر به حذف هیدروژن اتمسفر است جدا کنیم. این یک کار چالش برانگیز است، زیرا اغلب این باکتری های محیطی به سختی کشت می شوند. بنابراین، ما یک سری روش‌های جدید را برای اولین بار رشد باکتری‌ها، سپس شکستن آنها و سپس با استفاده از شیمی برای جداسازی این جزء ایجاد کردیم.
باکتری منتخب مایکوباکتریوم اسمگماتیس بود که در سال 1884 در اتریش توسط پزشکی به نام زیگموند لوستگارتن که به دنبال بیماری های پوستی بود، کشف شد. علیرغم جداسازی در این زمینه، smegmatis عموماً در خاک زندگی می‌کند، باعث بیماری نمی‌شود و به دلیل استفاده از آن به عنوان مدلی برای ارگانیسم برای سل ، نسبتاً خوب مطالعه شده است.
او می‌گوید: «همچنین یکی از چیزهایی که برای مطالعه باکتری‌ها یا خالص‌سازی اجزای آن مهم است این است که بتوانیم ژنوم آنها را تغییر دهیم. ژن ها را اضافه کنید، آنها را بردارید و کمی DNA اضافی را در آن قرار دهید که به شما امکان می دهد مجتمع ها را خالص کنید. این ابزارها برای M. smegmatis وجود دارد.اشلی کروپ، عضو تیم، بسیاری از کارهای آزمایشگاهی، از جمله استخراج هوک از سلول های باکتری را انجام داد.
او می‌گوید: ما متوجه شدیم که Huc یک جزء اضافی دارد که نمی‌دانستیم وجود دارد.با استفاده از این، Huc یک مجتمع بزرگ را تشکیل می دهد، و وقتی آن را حذف می کنیم، Huc دیگر آن مجتمع بزرگ را تشکیل نمی دهد. به نظر می رسد که این جزء و مجموعه برای نحوه عملکرد Huc در سلول ها بسیار مهم است.کار آزمایشگاهی نشان داد که Huc خالص شده را می توان برای مدت طولانی ذخیره کرد.بسیار پایدار است. کروپ می گوید، 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.
چه چیزی می تواند نیرو دهد و چگونه می توان از آن استفاده کرد؟
دکتر گرینتر می‌گوید: «در حالی که برای تحقق این امر باید کارهای زیادی انجام داد، تعدادی کاربرد بالقوه وجود دارد. سنتز مواد شیمیایی خوب نیاز به تغییرات بسیار خاصی در یک مولکول دارد که انجام آن از نظر شیمیایی دشوار است. هاک می‌تواند از الکترون‌های حاصل از مقادیر کمی هیدروژن در هوا برای انجام این تغییرات شیمیایی در سنتز شیمیایی صنعتی استفاده کند.
Huc همچنین می تواند به عنوان یک سنسور برای هیدروژن استفاده شود. هاک زمانی که هیدروژن وجود دارد جریان الکتریکی تولید می کند. هنگامی که Huc در یک مدار الکتریکی قرار می گیرد، این جریان را می توان برای تعیین غلظت هیدروژن اندازه گیری کرد.از آنجایی که Huc می تواند هیدروژن را تا غلظت های بسیار کم اکسید کند، حسگرهایی که آن را در خود جای دهند بسیار حساس خواهند بود.
احتمالاً جالب‌ترین کاربرد Huc تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی کوچک با استفاده از هوا یا غلظت‌های پایین هیدروژن است.این بدان معناست که این دستگاه ها از یک منبع انرژی فوق العاده تمیز و پایدار تغذیه می کنند. از آنجایی که مقدار هیدروژن موجود در هوا بسیار کم است، تنها مقدار کمی الکتریسیته می‌توان از آن استخراج کرد.
دکتر گرینتر می‌گوید: وقتی ما Huc را به مقدار کافی تولید کنیم، آسمان به معنای واقعی کلمه محدودیت استفاده از آن برای تولید انرژی پاک است.که درعلاوه بر کاربردهای بالقوه تحقیق، این کار واقعاً مهم است، زیرا می تواند به ما در درک نحوه عملکرد سیاره ما کمک کند.بین 60 تا 80 درصد باکتری‌های موجود در خاک، به‌ویژه خاک‌های فاقد مواد مغذی، آنزیم‌هایی مانند Huc دارند و دائماً هیدروژن را جذب می‌کنند.آنها هر سال 70 میلیون تن هیدروژن جذب می کنند و این ترکیب جو ما را شکل می دهد که این فرآیند را برای تعدیل آب و هوا مهم می کند. درک بیوشیمی این فرآیند ممکن است به ما امکان دهد تا از آن برای تثبیت آب و هوا در آینده استفاده کنیم.
