発見された酵素は空気を電気に変える、エネルギーの夢を実現する新しいクリーンな方法

オーストラリアの科学者は、大気中の微量の水素を利用して電流を生成し、空気をエネルギーに変換する酵素を発見した。

問題の酵素はHuc（「ハック」と発音）と呼ばれます。 これはバクテリアによって作られ、土壌、海、火山のクレーター、さらには南極でさえもバクテリアの成長と生存を助けています。

モナシュの微生物学者は、モナシュが薄い空気から電気を作ることができることを発見しました。

この重要な発見は、Nature 誌に概説されています。 研究チームは、モナシュ大学のリース・グリンター博士、博士課程の学生アシュリー・クロップ、生物医学発見研究所のクリス・グリーニング教授が率いました。

グリーニング教授の研究室は、細菌がエネルギーを得る方法を専門としています。 グリンター博士の研究室は、細菌を構成する分子機械とその仕組みに焦点を当てています。

「細菌が空気中の微量水素をエネルギー源として利用できることは、以前から知られていました」とグリーニング教授は言う。 「しかし、彼らがどのようにしてこれを行ったのか、今まで私たちは知りませんでした。」

Huc は水素ガス捕捉剤として機能し、他のすべての既知の酵素や化学触媒とは異なり、大気レベル以下でガスを消費できます。

このように、空気または添加された水素から小さな電流を生成する天然の電池のようなものです。 科学はそれがどのように機能するかについて困惑しています。 この発見は、文字通り薄い空気から電気の形でエネルギーを生み出すデバイスを作成する道を開きます。

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「私たちが本当にやりたかったのは、大気中の水素を捕捉できる細菌からHucを分離することでした」とグリンター博士は言う。 「これらの環境バクテリアは培養するのが難しい場合が多いため、これを行うのは難しいことです。 そこで私たちは、まず細菌を増殖させ、次に細菌を壊し、次に化学を使用してこの単一成分を分離するための一連の新しい方法を開発しました。」

選ばれた細菌は、1884 年にオーストリアで皮膚病を研究していた医師、ジークムント・ルストガルテンによって発見されたスメグマチス菌でした。 この状況では分離されているにもかかわらず、M. smegmatis は通常土壌に生息し、病気を引き起こさず、そのいとこである結核の生物モデルとして使用されているため、比較的よく研究されています。

「また、細菌の研究や成分の精製において重要なことの 1 つは、そのゲノムを変更できることです。」と彼は言います。 遺伝子を追加し、それらを取り除き、複合体を精製できるようにするために少量の余分な DNA を加えます。 これらのツールはスメグマ菌のために存在します。」

チームメンバーのアシュリー・クロップは、細菌細胞からHucを抽出するなど、研究室での作業の多くを担当しました。

「Huc には、私たちが存在を知らなかった追加のコンポーネントがあることがわかりました」と彼は言います。

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「これを使用すると、Huc は大きな複合体を形成しますが、これを除去すると、Huc はその大きな複合体を形成しなくなります。 この成分と複合体は、Huc が細胞内でどのように機能するかにとって非常に重要であることがわかりました。」

実験室の研究では、精製されたHucは長期間保存できることが示されました。

「とても安定しています。 酵素を冷凍したり、摂氏80度に加熱したりすることも可能で、エネルギーを生成する力を保持します」とクロップ氏は言う。 「これは、この酵素が細菌が最も過酷な環境で生き残るのを助けていることを反映しています。」

「これを実現するには多くの作業が必要ですが、潜在的な応用例は数多くあります」とグリンター博士は言います。 「ファインケミカルの合成には分子に対する非常に特殊な修飾が必要ですが、化学的に行うのは難しい場合があります。 Huc は、工業的な化学合成において、空気中の少量の水素からの電子を使用して、これらの化学修飾を実行できる可能性があります。」

Huc は水素のセンサーとしても使用できます。 Huc は水素が存在すると電流を生成します。 Huc を電気回路に配置すると、この電流を測定して水素濃度を決定できます。