Бактериальный родственник туберкулеза, известный как Mycobacterium smegmatis, может проделать невероятно впечатляющий трюк. Когда топливо в дефиците, она может поглощать следовые количества водорода в атмосфере и воде вокруг себя, чтобы преобразовать его в энергию. Проще говоря, он превращает воздух в электричество.
В отличие от своего печально известного кузена, M. smegmatis непатогенен и часто встречается в почве буквально по всему миру - от вулканических кратеров, антарктических климатов до самых глубин океана. Своей вездесущностью и жизнестойкостью он отчасти обязан способности поглощать мизерные уровни водорода для питания. Хотя исследователи уже давно знали об этом механизме, они не знали, как он работает. Но, как следует из новой статьи, опубликованной в журнале Nature, эта загадка наконец-то решена - и это может открыть новую эру революционной, чистой энергии.
Исследователи из австралийского Института биомедицинских открытий при Университете Монаша обнаружили и выделили уникальный фермент M. smegmatis, получивший название "Huc", позволяющий ему преобразовывать водород в электричество. "Huc необычайно эффективен", - пояснил соруководитель исследования, профессор микробиологии Крис Грининг в своем заявлении на прошлой неделе. "В отличие от всех других известных ферментов и химических катализаторов, он даже потребляет водород ниже атмосферного уровня - всего 0,00005 процента воздуха, которым мы дышим".
Чтобы выделить и идентифицировать ранее неизвестный фермент, исследователи использовали криоэлектронную микроскопию, которая обстреливала электронами замороженные образцы Huc, чтобы составить карту его атомной структуры и электрических путей. Другой подход, известный как электрохимия, позволил исследователям продемонстрировать, что очищенный фермент может вырабатывать электричество при использовании лишь крошечных концентраций водорода. Затем исследователи объяснили, что, иммобилизовав Huc на электроде, его электроны могут впоследствии передаваться в электрическую цепь для выработки тока.
Несмотря на то, что фермент Huc находится на начальном этапе своего развития, исследователи надеются, что однажды его можно будет выращивать в больших масштабах, учитывая, что M. smegmatis легко выращивается в больших количествах в лабораторных условиях. Более того, фермент Huc не одинок в этой способности. По данным исследователей из Монаша, от 60 до 80 процентов почвенных бактерий имеют подобные ферменты, которые в совокупности поглощают 70 миллионов тонн водорода в год. Дальнейшее изучение этих ферментов может дать представление о том, как помочь стабилизировать атмосферные условия в условиях изменения климата.
Однако до этого природная батарея Huc может быть использована подобно солнечным батареям для питания смарт-часов, компьютеров или даже автомобилей. "Как только мы произведем Huc в достаточном количестве, использование его для получения чистой энергии станет буквально пределом возможностей", - сказал на прошлой неделе Рис Гринтер, научный сотрудник Института биомедицинских открытий Монаша и соруководитель исследования.