Устойчивое производство биоэнергии стало возможным благодаря новому белковому нанобиореактору

Исследователи Ливерпульского университета открыли новые возможности для будущего развития устойчивой и чистой биоэнергетики. Исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, как бактериальные белковые «клетки» могут быть перепрограммированы в наноразмерные биореакторы для производства водорода.

Карбоксисома — это специализированная бактериальная органелла, которая инкапсулирует важный фермент, фиксирующий CO2, в вирусоподобную белковую оболочку. Естественно спроектированная архитектура, полупроницаемость и каталитическое улучшение карбоксисом вдохновили на рациональный дизайн и разработку новых наноматериалов для включения различных ферментов в оболочку для улучшения каталитических характеристик.

На первом этапе исследования ученые установили определенные генетические элементы в промышленную бактерию E. coli для получения пустых карбоксисомных оболочек. Далее они идентифицировали небольшой «линкер», называемый инкапсулирующим пептидом, способный направлять внешние белки в оболочку.

Чрезвычайно чувствительный к кислороду характер гидрогеназ (ферментов, катализирующих образование и преобразование водорода) является давней проблемой для производства водорода в бактериях, поэтому команда разработала методы включения каталитически активных гидрогеназ в пустую оболочку.

Руководитель проекта профессор Лунинг Лю, профессор микробной биоэнергетики и биоинженерии в Институте систем, молекулярной и интегративной биологии, сказал:

«Наш недавно разработанный биореактор идеально подходит для чувствительных к кислороду ферментов и знаменует собой важный шаг на пути к разработке и производству биофабрика по производству водорода».

В сотрудничестве с профессором Энди Купером из фабрики инновационных материалов (MIF) в университете исследователи затем проверили активность производства водорода в бактериальных клетках и биохимически изолированных нанобиореакторах. Нанобиореактор достиг ~ 550% повышения эффективности производства водорода и большей устойчивости к кислороду по сравнению с ферментами без инкапсуляции оболочки.

«Следующим шагом в наших исследованиях будет поиск путей дальнейшей стабилизации системы инкапсуляции и повышения урожайности», — сказал профессор Лю. «Мы также рады, что эта техническая платформа открывает нам возможность в будущих исследованиях создать широкий спектр синтетических фабрик, в которых будут заключаться различные ферменты и молекулы для индивидуальных функций».

Первый автор, аспирант Тианпей Ли, сказал: «Из-за изменения климата существует острая необходимость в сокращении выбросов углекислого газа при сжигании ископаемого топлива. Наше исследование прокладывает путь к разработке нанореакторов на основе карбоксисомных оболочек для набора определенных ферментов и открывает двери для новых возможностей для развития устойчивой, чистой биоэнергетики».

Источник

Метки: CO2