Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ
Есть одна бактерия, родственная возбудителю туберкулеза, которая способна превращать водород из воздуха в электричество, и совсем недавно ученым удалось выяснить, как именно она это делает
Бен Тернер (Ben Turner)
Ученые, исследовавшие одного "родственника" бактерии, вызывающей туберкулез и проказу, обнаружили фермент, который превращает водород в электричество. Они считают, что их открытие можно будет использовать для разработки нового метода получения чистой энергии в буквальном смысле из воздуха.
Бактерия Mycobacterium smegmatis использует фермент, названный Huc, чтобы получать энергию из содержащегося в воздухе водорода, и эта способность позволяет ей выживать в экстремальных условиях, то есть в бедной питательными веществами среде.
Ученые утверждают, что, обнаружив и изучив этот фермент, они нашли новый источник чистой энергии, который можно будет использовать для питания различных небольших портативных устройств. Результаты своего исследования они опубликовали в журнале Nature 8 марта.
"Мы полагаем, что источник питания, содержащий фермент Huc, может обеспечивать энергией целый ряд небольших портативных устройств, включая биометрические датчики, устройства для мониторинга окружающей среды, цифровые часы, калькуляторы и даже простые компьютеры", –сообщил изданию Live Science ведущий автор исследования Рис Гринтер (Rhys Grinter), микробиолог из Университета Монаш в Австралии.
"Если обеспечить фермент Huc более концентрированным водородом, он будет давать больше электрического тока, – объяснил он. – Это значит, что фермент Huc можно использовать в топливных элементах для питания более сложных устройств, таких как умные часы или смартфоны, более сложные портативные компьютеры и, возможно, даже автомобили".
Mycobacterium smegmatis – это непатогенная быстрорастущая бактерия, которую часто используют в лабораториях для изучения структуры клеточной стенки ее близкого родственника Mycobacterium tuberculosis, которая вызывает туберкулез. Давно известно, что Mycobacterium smegmatis, которая часто встречается в почвах по всему миру, преобразует содержащийся в воздухе водород в энергию. Исследователи объяснили, что благодаря этой способности бактерия может выжить в самых суровых условиях, включая почвы Антарктики, вулканические кратеры и океанские глубины, где крайне мало другого "топлива".
Однако до настоящего момента ученые не знали, как именно она это делает.
Чтобы исследовать химические процессы, лежащие в основе этой поразительной способности, ученые сначала выделили фермент Huc с помощью метода хроматографии – метода, который позволяет разделять компоненты смеси. Затем они исследовали атомную структуру фермента с помощью криоэлектронной микроскопии – метода, который принес его создателям Нобелевскую премию по химии в 2017 году. Направляя электроны на замороженный образец Huc, исследователи зафиксировали атомную структуру фермента и электрические проводящие пути, по которым он направляет электроны так, чтобы они образовывали ток.
Ученые выяснили, что в центре Huc есть структура – так называемый активный участок, – которая содержит заряженные ионы никеля и железа. Как только молекулы водорода (состоящие из двух протонов и двух электронов) попадают в активный участок, они оказываются в ловушке между ионами никеля и железа и теряют свои электроны. Затем фермент посылает эти электроны по "проводящим путям", в результате чего и возникает электрический ток.
"Фермент Huc (в частности, ионы никеля) поглощает электроны и переносит их на поверхность (посредством молекулярной нити, образованной кластерами ионов железа и серы), – объяснил Гринтер. – Если мы нанесем Huc на электрод, электроны смогут входить в электрическую цепь с поверхности фермента и таким образом генерировать электрический ток".
Дальнейшие эксперименты показали, что выделенный фермент Huc может храниться в течение длительного времени, что он выдерживает замораживание и нагревание до 80 градусов по Цельсию и что он может потреблять водород в таких ничтожных концентрациях, как 0,00005% от концентрации, содержащейся в воздухе, которым мы дышим. По словам ученых, эти свойства, наряду с вездесущностью бактерии Mycobacterium smegmatis могут сделать этот фермент идеальным кандидатом на роль источника чистой энергии в органических батареях.
"Фермент Huc способен получать энергию из водорода в воздухе, которого там безграничное количество, – пояснил Гринтер. – Количество электроэнергии, которое можно будет выработать из водорода в низких концентрациях, будет довольно скромным. Это ограничит область применения фермента Huc такими устройствами, которым требуется постоянное, но все же небольшое количество энергии. Фермент Huc также можно будет применять в топливных элементах, где необходимо будет обеспечить более высокую концентрацию водорода".
