Už tuberkuliozę ir raupsus atsakingų bakterijų giminaites tyrę mokslininkai atrado fermentą, kuris vandenilį paverčia elektra, ir mano, kad jį būtų galima panaudoti tikrąja to žodžio prasme iš oro kuriant naują švarų energijos šaltinį, rašo „Live Science“.
Huc pavadintą fermentą bakterija Mycobacterium smegmatis naudoja energijai iš atmosferos vandenilio gauti ir užsitikrinti išgyvenimą ekstremalioje, maistinių medžiagų stokojančioje aplinkoje.
Ekstrahuodami ir tyrinėdami šį fermentą, mokslininkai teigia atradę naują energijos šaltinį, kuris galėtų būti naudojamas įvairiems nedideliems nešiojamiems elektros prietaisams maitinti. Savo tyrimo išvadas kovo 8 d. jie paskelbė žurnale „Nature“.
„Įsivaizduojame, kad energijos šaltinis, kuriame yra Huc fermentų, galėtų iš oro maitinti įvairius nedidelius nešiojamus įrenginius, įskaitant biometrinius jutiklius, aplinkos monitorius, skaitmeninius laikrodžius ir skaičiuotuvus arba paprastus kompiuterius“, – elektroniniame laiške „Live Science“ rašė pagrindinis tyrimo autorius, Monašo universiteto Australijoje mikrobiologas Rhysas Grinteris.
„Aprūpinant Huc fermentus didesnės koncentracijos vandeniliu, jie gamina daugiau elektros srovės, – aiškino jis. – Tai reiškia, kad juos galima būtų naudoti elementuose, maitinančiuose sudėtingesnius įrenginius, pavyzdžiui, išmaniuosius laikrodžius ar išmaniuosius telefonus, sudėtingus nešiojamus kompiuterius, o galbūt net ir automobilius.“
M. smegmatis yra nepatogeniška, greitai auganti bakterija, dažnai naudojama laboratorijoje tiriant savo artimos, ligą sukeliančios giminaitės Mycobacterium tuberculosis ląstelių sienelių struktūrą. Jau seniai žinoma, kad visame pasaulyje dirvožemyje aptinkamos M. smegmatis ore esančius vandenilio pėdsakus paverčia energija; tokiu būdu šios bakterijos gali išgyventi sudėtingiausiomis sąlygomis, kaip antai Antarkties dirvožemyje, ugnikalnių krateriuose ir vandenyno gelmėse, kur energijos šaltinių nėra daug.
Tačiau iki šiol mokslininkai nesuprato, kaip M. smegmatis tai pavyksta.
Norėdami ištirti cheminius procesus, slypinčius už šokiruojančių M. smegmatis savybių, mokslininkai, pasitelkę chromatografiją – laboratorinę techniką, leidžiančią atskirti mišinio komponentus, – pirmiausia išskyrė už šį procesą atsakingą Huc fermentą. Tada, panaudoję krioelektroninę mikroskopiją – metodą, 2017 m. savo kūrėjams pelniusį Nobelio chemijos premiją, – jie ištyrė fermento atominę struktūrą. Atspindėdami elektronus ant sušaldyto, iš M. smegmatis paimto Huc mėginio, mokslininkai nustatė fermento atominę struktūrą ir elektrinius takus, kuriais jis perneša elektronus, kad šie sudarytų srovę.
Tyrėjai nustatė, kad Huc centre yra aktyviuoju centru vadinama struktūra, turinti įkrautų nikelio ir geležies jonų. Kai vandenilio molekulės (sudarytos iš dviejų protonų ir dviejų elektronų) patenka į aktyvųjį centrą, jos įstringa tarp nikelio ir geležies jonų ir netenka savo elektronų. Tada fermentas siunčia šiuos elektronus vieną paskui kitą ir susidaro elektros srovė.
„Huc (konkrečiai jame esantis nikelio jonas) sugeria elektronus ir perkelia juos į paviršių (molekuline jungtimi, kurią sudaro geležies ir sieros jonų sankaupos), – aiškino R. Grinteris. – Imobilizavus Huc ant elektrodo, ant fermento paviršiaus esantys elektronai galėtų patekti į elektros grandinę ir generuoti srovę.“
Tolesni eksperimentai atskleidė, kad izoliuotas Huc fermentas gali būti laikomas ilgą laiką, kad jis išgyvena sušalęs arba pašildytas iki 80 laipsnių Celsijaus ir kad jis gali naudoti vandenilį, kurio koncentracija siekia vos 0,00005 proc. ore, kuriuo kvėpuojame, esančios koncentracijos. Tyrėjų teigimu, dėl šių savybių, o taip pat dėl bakterijų, kuriose jis randamas, paplitimo ir gebėjimo lengvai augti, fermentas gali būti idealus energijos šaltinis organinėse baterijose.
„Huc gali išgauti energiją iš vandenilio, esančio ore, kur jo kiekis neribotas, – teigė R. Grinteris. – Elektros kiekis, kurį galima pagaminti iš mažos vandenilio koncentracijos ore, bus nedidelis. Tai apribos Huc taikymą šiame kontekste įrenginiams su nedideliu, bet ilgalaikiu energijos poreikiu. Tačiau Huc taip pat būtų galima panaudoti kuro elementuose, kur yra didesnė vandenilio koncentracija.“
