Producția durabilă de bioenergie deblocată de Noul Nanobioreactor Proteic

Ilustrarea unui carboxizom și a enzimelor. Credit: Profesorul Luning Liu

Cercetătorii de la Universitatea din Liverpool au deblocat noi oportunități pentru dezvoltarea viitoare a bioenergiei durabile și curate. Studiu, publicat în Comunicări despre natură, arată modul în care „cuștile” proteinelor bacteriene pot fi reprogramate ca bioreactoare la scară nanomedicală pentru a produce hidrogen.

Carboxy este o organetă bacteriană specializată care încapsulează enzima esențială de reglare a CO2 Rubisco într-o coajă de proteină asemănătoare virusului. Arhitectura proiectată natural, semipermeabilitatea și îmbunătățirea catalitică a carboxizomilor au inspirat modelarea rațională și ingineria noilor nanomateriale pentru a încorpora diferite enzime în înveliș pentru performanțe catalitice sporite.

Primul pas al studiului a implicat cercetători care au instalat elemente genetice specifice în bacteria industrială E coli pentru a produce cochilii carboxizomale goale. Ei au identificat în continuare un mic „liant” – numit peptidă de încapsulare – capabil să direcționeze proteinele străine în coajă.

Natura extrem de sensibilă la oxigen a hidrogenazelor (enzime care catalizează generarea și conversia hidrogenului) este o problemă veche pentru producerea de hidrogen în bacterii, astfel încât echipa a dezvoltat metode pentru a încorpora hidrogenaze catalitice active în coaja goală.

Liderul proiectului, profesorul Luning Liu, profesor de bioenergie microbiană și bioinginerie la Institutul de sisteme, biologie moleculară și integrativă, a declarat: „Bioreactorul nou proiectat este ideal pentru enzimele sensibile la oxigen și marchează un pas important către capacitatea de a ‘a fost dezvoltat și produs. o bio-plantă pentru producerea de hidrogen. “

În colaborare cu profesorul Andy Cooper de la Fabrica de inovare a materialelor (MIF) de la Universitate, cercetătorii au testat apoi activitățile de producere a hidrogenului a celulelor bacteriene și a nanobioreactoarelor izolate biochimic. Nanobioreactorul a obținut o îmbunătățire de ~ 550% a eficienței producției de hidrogen și o toleranță mai mare la oxigen, spre deosebire de enzimele fără încapsularea cojii.

„Următorul pas al cercetării noastre este să răspundem la modul în care putem stabiliza în continuare sistemul de încapsulare și îmbunătățim randamentele”, a spus profesorul Liu. „Suntem, de asemenea, încântați că această platformă tehnică ne deschide ușa, în studiile viitoare, pentru a crea o gamă diversă de fabrici sintetice pentru a înfășura diferite enzime și molecule pentru funcții personalizate”.

Primul autor, doctorandul Tianpei Li, a declarat: „Datorită schimbărilor climatice, este urgent să se reducă emisiile de dioxid de carbon generate de arderea combustibililor fosili. Studiul nostru deschide calea către ingineria nanoreactorului carboxizomic pe bază de coajă pentru a recruta enzime specifice și deschide ușa către noi oportunități pentru dezvoltarea bioenergiei durabile și curate. “

Referință: „Reprogramarea organelor de proteine ​​bacteriene ca nanoreactor pentru producția de hidrogen” de Tianpei Li, Qiuyao Jiang, Jiafeng Huang, Catherine M. Aitchison, Fang Huang, Mengru Yang, Gregory F. Dykes, Hai-Lun He, Qiang Wang, Rein Sebastian Sprick, Andrew I. Cooper și Lu-Ning Liu, 28 octombrie 2020, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19280-0

Proiectul a fost finanțat de Royal Society Research Council, Biotechnology and Biological Sciences (BBSRC), British Council Newton Fund și Leverhulme Trust. Proiectul a fost realizat, de asemenea, în colaborare cu Centrul pentru Imagistica Celulară, Centrul pentru Cercetarea Proteomelor și Unitatea Universitară de Microscopie Electronică Biomedică și cercetătorii de la Universitatea Henan și Universitatea South Central, China.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Materialul nou poate proteja mai bine soldații, sportivii și șoferii de șoc, impact și explozii

Soldații, sportivii și șoferii pot face viața mai sigură datorită unui nou proces care ar putea duce la o protecție mai eficientă și reutilizabilă...

A fost găsit cel mai vechi loc de înmormântare uman din Africa – un copil a fost îngropat în urmă cu 78.000 de ani

Vedere generală a zonei peșterii Panga ya Saidi. Observați săparea șanțului unde a fost deschisă înmormântarea. Credit: Muhammad Javad Shoaee Descoperirea celui mai...

Se preconizează că speciile non-native vor crește cu 36% în întreaga lume până în 2050

Gâscă egipteană (Alopochen aegyptiaca) originară din Africa și stabilită acum în Europa Centrală și de Vest. Credit: profesorul Tim Blackburn, UCL Se preconizează că...

Visele noastre pot fi ciudate

Această ilustrație reflectă supra-ipoteza creierului, care susține că calitatea redusă și halucinantă a viselor nu este o greșeală, ci o trăsătură particulară, deoarece ajută...

Newsletter

Subscribe to stay updated.