Kulağa şaşırtıcı gelebilir, ancak zor zamanlarda ve başka yiyecek bulunmadığında, bazı toprak bakterileri bir enerji kaynağı olarak havadaki eser miktarda hidrojeni tüketebilir.
Aslında, bakteriler atmosferden her yıl 70 milyon ton gibi şaşırtıcı bir hidrojeni uzaklaştırıyor; bu, soluduğumuz havanın bileşimini kelimenin tam anlamıyla şekillendiren bir süreç.
Bazı bakterilerin hidrojeni tüketmesini ve ondan enerji elde etmesini sağlayan bir enzimi izole ettik ve çok az miktarda hidrojene maruz kaldığında doğrudan elektrik akımı üretebildiğini bulduk.
bildirdiğimiz gibi içinde yeni bir kağıt Doğaenzim gelecekte küçük, sürdürülebilir havayla çalışan cihazlara güç sağlamak için önemli bir potansiyele sahip olabilir.
Bakteriyel genler, havayı elektriğe dönüştürmenin sırrını içerir
Bu keşiften yola çıkarak, adı verilen bir toprak bakterisinin genetik kodunu analiz ettik. Mikobakteri smegmatishavadan hidrojen tüketir.
Bu genlerde yazılı olan, hidrojeni tüketmekten ve onu bakteri için enerjiye dönüştürmekten sorumlu moleküler makineyi üretme planıdır. Bu makine “hidrojenaz” adı verilen bir enzimdir ve biz ona kısaca Huc adını verdik.
Hidrojen, iki negatif yüklü elektron tarafından oluşturulan bir bağ ile bir arada tutulan iki pozitif yüklü protondan oluşan en basit moleküldür. Huc bu bağı koparır, protonların yolları ayrılır ve elektronlar serbest kalır.
Bakterilerde, bu serbest elektronlar daha sonra “elektron taşıma zinciri” adı verilen karmaşık bir devreye akar ve hücreye enerji sağlamak için kullanılır.
Akan elektronlar elektriğin yapıldığı şeydir, yani Huc hidrojeni doğrudan elektrik akımına dönüştürür.
Hidrojen, atmosferin yalnızca yüzde 0,00005’ini temsil eder. Bu gazı bu kadar düşük konsantrasyonlarda tüketmek, bilinen hiçbir katalizörün başaramayacağı zorlu bir mücadeledir. Ayrıca atmosferde bol miktarda bulunan oksijen, hidrojen tüketen çoğu katalizörün aktivitesini zehirler.
Bakterilerin havada yaşamasını sağlayan enzimin izole edilmesi
Huc’un bu zorlukların üstesinden nasıl geldiğini öğrenmek istedik ve bu nedenle onu M. smegmatis hücreler.
Bunu yapma süreci karmaşıktı. İlk önce genleri değiştirdik M. smegmatis bakterilerin bu enzimi yapmasına izin verir. Bunu yaparken, Huc’a onu izole etmemizi sağlayan belirli bir kimyasal dizi ekledik. M. smegmatis hücreler.
Huc’a iyice bakmak kolay olmadı. Ustaca enzimin yüksek kaliteli bir örneğini nihayet izole edinceye kadar birkaç yıl ve epeyce deneysel çıkmaz aldı.
Ancak, sonunda ürettiğimiz Huc çok kararlı olduğu için sıkı çalışmaya değdi. Aktivite kaybı olmaksızın 80°C’den -80°C’ye kadar olan sıcaklıklara dayanır.
Havadan hidrojeni çıkarmak için moleküler plan
Huc izole edildiğinde, enzimin tam olarak neler yapabileceğini keşfetmek için onu ciddi bir şekilde incelemeye başladık. Havadaki hidrojeni sürdürülebilir bir elektrik kaynağına nasıl dönüştürebilir?
Dikkat çekici bir şekilde, Huc’un bakterilerden izole edildiğinde bile havadaki çok küçük izlerden bile çok daha düşük konsantrasyonlarda hidrojen tüketebildiğini bulduk. Aslında Huc, gaz konsantrasyonlarını ölçmek için kullandığımız son derece hassas bir araç olan gaz kromatografımız tarafından tespit edilemeyecek kadar hafif hidrojen esintileri tüketiyordu.
Ayrıca, diğer hidrojen tüketen katalizörlerde görülmeyen bir özellik olan Huc’un oksijen tarafından tamamen engellenmediğini de bulduk.
Hidrojeni elektriğe dönüştürme yeteneğini değerlendirmek için elektrokimya adı verilen bir teknik kullandık. Bu, Huc’un havadaki çok küçük hidrojen konsantrasyonlarını doğrudan bir elektrik devresine güç sağlayabilen elektriğe dönüştürebildiğini gösterdi. Bu, hidrojen tüketen bir katalizör için dikkate değer ve benzeri görülmemiş bir başarıdır.
Huc’un bunu moleküler düzeyde nasıl yaptığını incelemek için birkaç son teknoloji yöntem kullandık. Bunlar, atomik yapısını ve elektrik yollarını belirlemek için gelişmiş mikroskopi (kriyojenik elektron mikroskobu) ve spektroskopiyi içeriyordu ve bu yöntemle şimdiye kadar bildirilen en yüksek çözünürlüklü enzim yapısını üretmek için sınırları zorladı.
Enzimler, yarının cihazlarına güç sağlamak için havayı kullanabilir
Bu araştırma için henüz ilk günler ve Huc’un potansiyelini gerçekleştirmek için bazı teknik zorlukların üstesinden gelinmesi gerekiyor.
Birincisi, Huc üretiminin ölçeğini önemli ölçüde artırmamız gerekecek. Laboratuarda Huc’u miligram miktarlarda üretiyoruz, ancak bunu gramlara ve nihayetinde kilograma çıkarmak istiyoruz.
Ancak çalışmalarımız, Huc’un havadan veya eklenen hidrojenden sürekli elektrik akımı üreten “doğal bir pil” gibi çalıştığını gösteriyor.
Sonuç olarak Huc, güneş enerjisine alternatif olarak küçük, sürdürülebilir havayla çalışan cihazlar geliştirme konusunda önemli bir potansiyele sahiptir.
Havadaki hidrojen tarafından sağlanan enerji miktarı küçük, ancak muhtemelen bir biyometrik monitöre, saate, LED küreye veya basit bir bilgisayara güç sağlamak için yeterli olacaktır. Daha fazla hidrojen ile Huc daha fazla elektrik üretir ve potansiyel olarak daha büyük cihazlara güç sağlayabilir.
Başka bir uygulama, inanılmaz derecede hassas olabilecek hidrojeni tespit etmek için Huc tabanlı biyoelektrik sensörlerin geliştirilmesi olabilir. Huc, gelişmekte olan hidrojen ekonomimizin altyapısındaki veya tıbbi bir ortamda sızıntıları tespit etmek için paha biçilmez olabilir.
Kısacası, bu araştırma, topraktaki bakterilerin kendilerini nasıl beslediğine dair temel bir keşfin, yaşam kimyasının yeniden tasavvur edilmesine nasıl yol açabileceğini gösteriyor. Nihayetinde, gelecek için teknolojilerin geliştirilmesine de yol açabilir.
Chris GreeningProfesör, Mikrobiyoloji, Monash Üniversitesi; Ashleigh KroppDoktora Öğrencisi, Biyotıp Keşif Enstitüsü, Monash ÜniversitesiVe Rhys GrinterLaboratuvar Başkanı, Biyotıp Keşif Enstitüsü, Monash Üniversitesi
Bu makale şu adresten yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.
Kaynak : https://www.sciencealert.com/soil-bacteria-discovery-could-allow-us-to-produce-electricity-from-thin-air