Биоводород теперь можно получать даже в присутствии кислорода
 Производство биоводорода с помощью клеток Cyanothece 51142 используя солнечную энергию и атмосферный CO2 и/или глицерин. CO2 фиксируется в течении дня в синтезе глицерина, который служит как источник энергии и источник электронов для синтеза H2 в ночное время (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Команда американских ученых стоящая за этим открытием отмечает, что цианобактерия природного происхождения Cyanothece 51142 превращает солнечную энергию в водород в аэробных условиях со скоростью в несколько раз превышающей другие фотосинтетические микробы.
Обычно, микробы, которые продуцируют водород, работают в анаэробных условиях. Это происходит потому, что ферменты, которые они используют для продуцирования водорода (а именно – нитрогеназа и/или гидрогеназа) ингибируются кислородом. Благодаря пониманию пути роста и фиксирования азота бактерией Cyanothece 51142, группа определила, что нитрогеназа включена в ее метаболизм, что вызывает подозрения в продуцировании этим ферментом водорода при необычно аэробных условиях.
Ученые ожидали высоких скоростей производства водорода в аэробных условиях, но были удивлены, обнаружив такие высокие скорости, как отметил Луис Шерман, соавтор работы из Университета Пердью. По его мнению, штамм характеризуется удивительными способностями и имеет неиспользуемый потенциал.
Цианобактерия Cyanothece 51142 способна производить водород в анаэробных условиях т.к. она контролирует метаболические процессы циркадными часами. Она производит фотосинтез в течение дня и фиксирует углерод, который сохраняется в виде гликогена и ночью она начинает процесс фиксации азота, используя гликоген как источник энергии и нитрогеназу для конверсии N2 в NH3 и H2 как побочный продукт. Несмотря на присутствие кислорода, высокие темпы дыхания создают анаэробные условия в клетках, которые позволяют нитрогеназе функционировать.
Группа проводит эксперименты в различных условиях для оптимизации продуцирования водорода цианобактерией и обнаружили, что микробы продуцируют гораздо больше водорода, если они растут в присутствии дополнительных источников углерода, включая глицерин – отходный продукт производства биотоплива. Дополнительный углерод, как предполагается, повышает активность нитрогеназы.
Благодаря росту клеток в среде, поддерживаемой глицерином и инкубацией в атмосфере аргона, группа ученых получила самый высокий выход водорода – 467 мкмоль водорода на 1 мг хлорофилла в час, что на порядок выше, чем любой другой известный фотосинтетический микроб, производящий водород.
Система нитрогеназы в целом была отклонена для изучения многими учеными как устойчивый способ получения водорода, в основном из-за дополнительных накладных расходов на клеточную энергию в форме АТФ, необходимой для данного пути. Настоящая работа заставляет по-новому взглянуть на эту систему, отмечает Чарльз Дисмюкс, изучающий химические методы для изготовления возобновляемых топлив на основе солнечной энергии (государственный университет Нью-Джерси). Это прекрасный пример того, что можно извлечь из природы и применить в биотехнологии, хотя предстоит еще много изучить перед тем, как такие системы будут применены в коммерческом секторе.
Шерман осознает вызовы, стоящие перед его командой, но надеется, что данная работа будет стимулировать исследования в области водородного топлива. Кроме этого, работа будет стимулировать биологов продолжать изучение фотосинтетических микробов, для нахождения микроба с лучшими фотосинтетическими свойствами. К тому же это поможет политикам понять, что биопроизводство является возможностью расширения исследований во все другие области, которые необходимы для изучения еще до того, как водородная энергетика станет на вооружение.
Также по теме:
Источники: