A 22 aranyatomból (Au22) készült fényelnyelő nanoklasterek elég kicsik ahhoz, hogy átcsúszhassanak a baktériummembrán falán. Képforrás: Berkeley Kémiai Főiskola

Cyborg baktériumok kap arany frissítést

A tudósok az arany nanorészecskéket használják szintetikus baktériumok fotoszintézisében az alternatív energia keresése céljából

A KALIFORNIA EGYETEM - SOKKAL - Az alternatív energiaforrások keresésében a közelmúltban bekövetkezett újítás a természetben előforduló baktériumokat olyan napreceptorokká alakította át, amelyek képesek a szén-dioxidot, a vizet és a napfényt napelemes üzemanyagokká alakítani.

Ez az úttörő kutatás a fotoszintézis szintetikus módszerének kifejlesztése. A természetben a fotoszintézis az a mechanizmus, amellyel a növények klorofilt használnak a napfény elfogására és energiává történő átalakítására.

Képforrás: Wageningini Egyetem és kutatás

A tudósok képesek voltak utánozni a természetes fotoszintézist azáltal, hogy a kadmium-szulfid (CdS) fényelnyelő nanokristályait a Moorella thermoacetica külső membránjához kapcsolják, amely természetes állapotban nem fotoszintézisű baktérium. Ezen a folyamaton keresztül hibrid bakteriális fotoszintézisgévé alakították át, amely felülmúlja a természetes fotoszintézist.

"Ahelyett, hogy a napfény begyűjtésére a nem hatékony klorofillre támaszkodnánk, megtanítottam a baktériumoknak, hogyan kell növekedni és testüket apró félvezető nanokristályokkal bevonni" - mondja Kelsey K. Sakimoto, Ph.D., aki a Peidong laboratóriumában végzett kutatásokat. Yang, az UC Berkeley vegyész professzora. "Ezek a nanokristályok sokkal hatékonyabbak, mint a klorofill, és a gyártott napelemek költségeinek töredékével termeszthetők."

Amikor a napfény eléri a CdS nanorészecskéket, egy töltött elektron jön létre, amely áthalad a baktérium belsejében. Az elektron kölcsönhatásba lép az enzimekkel, szén-dioxid redukciót okozva, amely végül acetátot állít elő, egy vegyszert, amely fontos a napenergia-üzemanyagok előállításában.

Ennek a folyamatnak a segítségével a Moorella termoacetikát hibrid bakteriális fotoszintetizátorré, M. thermoacetica-CdS-ké alakítják, amely felülmúlja a növényi élet természetes fotoszintézisét. A hibrid egy hulladék nélküli technológia, mivel önregenerálódik és önmagát replikálja, 80% -nál nagyobb hatékonysággal.

Noha ez a modell rendkívül ígéretesnek tűnt, a tudósok megjegyezték, hogy az elektronok egy része elveszett a baktériumsejtben lévő más vegyi anyagokkal való kölcsönhatás következtében. Az elvesztett elektronok problémájának megoldására újabb félvezetőt vezettek be a cellába: 22 aranyatomból (Au22) álló fényelnyelő nanoklasterek, amelyek elég kicsik ahhoz, hogy átcsúszhassanak a baktériummembrán falán. Az eredmény egy biohibrid rendszer, amely magasabb hozamot kínál, mint az extracelluláris CdS modellnél.

"Az Au22-et azért választottuk, mert ideális a látható fény elnyelésére, és képes-e megvezetni a CO2-csökkentési folyamatot, de nem tudtuk biztosan, hogy kompatibilis-e a baktériumokkal" - mondta Yang. "Amikor mikroszkóp alatt megvizsgáltuk őket, rájöttünk, hogy a baktériumok betöltötték ezeket az Au22 klasztereket - és még mindig boldogan élnek."

Az Au22 elég kicsi ahhoz, hogy átcsúszjon a baktériummembrán falán. Kép jóváírása: Peidong Yang, UC Berkeley

A szintetikus fotoszintézis ezen fejlesztése potenciális megoldásokat kínálhat az alternatív energiaforrások keresésére: „A szintetikus biológia és a széndioxid-csökkentés termékkörének kibővítésének képessége döntő jelentőségű ahhoz, hogy ezt a technológiát helyettesítőként vagy a sok helyettesítés egyikévé váljon. petrolkémiai ipar ”- mondja Sakimoto.

A tudósok szándékában áll folytatni ennek az új technológiának a továbbfejlesztését: "Ezután szeretnénk megtalálni a módját a költségek csökkentésére, ezen biohibrid rendszerek élettartamának javítására és a kvantumhatékonyság javítására" - mondta Yang.

Forrás:

A kiborbaktériumok jobban teljesítik a növényeket, amikor a napfényt hasznos vegyületekké alakítják (videó). (2017, augusztus 22.). Vissza a következőhöz: https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/newsreleases/2017/august/cyborg-bacteria-outperform-plants-when-turning-sunlight-into-useful-compounds-video.html

Sakimoto, K. K., Wong, A. B., és Yang, P. (2016, január 01). Nem fényszintetikus baktériumok önfény-érzékenyítése a napenergia-kémiai termelés céljából. Vissza a következőhöz: http://science.sciencemag.org/content/351/6268/74

Napenergia-tüzelőanyagok betakarítása egy baktérium szokatlan arany iránti étvágyán keresztül. (N.d.). Vissza a következőhöz: https://chemistry.berkeley.edu/news/harvesting-solar-fuels-through-bacterium's-unusual-appetite-gold