Автор AZoNano 4 ноября 2020 г.

Группа ученых из Ливерпульского университета открыла новые возможности для грядущего развития чистой, устойчивой биоэнергетики.

Опубликованное в журнале Nature Communications исследование демонстрирует метод, с помощью которого можно производить водород путем перепрограммирования бактериальных белковых «клеток» в наноразмерные биореакторы.

Уникальная бактериальная органелла, карбоксисома, инкапсулирует решающий фермент, фиксирующий CO ₂ под названием Rubisco, в белковую оболочку, напоминающую вирус.

Полупроницаемость, естественная архитектура и каталитическое усиление карбоксисом привели к практическому проектированию и разработке новых наноматериалов для интеграции различных видов ферментов в оболочку для улучшения каталитических характеристик.

Первым шагом в исследовательской работе потребовалось, чтобы исследователи внедрили определенные генетические элементы в промышленную бактерию Escherichia coli ( E. coli ), чтобы создать пустые карбоксисомные оболочки. Исследователи также обнаружили крошечный «линкер», известный как инкапсулирующий пептид, который может направлять внешние белки внутрь оболочки.

Гидрогеназы – это ферменты, катализирующие производство и преобразование водорода. Чувствительность этих ферментов к кислороду является давней проблемой при производстве водорода бактериями. Поэтому исследователи разработали новые методы интеграции каталитически активных гидрогеназ внутри пустой оболочки.

Наш недавно разработанный биореактор идеально подходит для чувствительных к кислороду ферментов и знаменует собой важный шаг на пути к созданию и производству биофабрики по производству водорода .

Лунин Лю, руководитель исследования и профессор микробной биоэнергетики и биоинженерии, Институт систем, молекулярной и интегративной биологии, Ливерпульский университет

Совместно с Энди Купером, профессором фабрики инновационных материалов (MIF) Ливерпульского университета, команда впоследствии подтвердила активность по производству водорода биохимически изолированных нанобиореакторов, а также бактериальных клеток.

Нанобиореактор достиг улучшения примерно на 550% с точки зрения эффективности производства водорода и более высокой устойчивости к кислороду по сравнению с ферментами без инкапсуляции оболочки.

Следующим шагом в нашем исследовании является ответ на вопрос, как мы можем еще больше стабилизировать систему инкапсуляции и повысить выход продукции. Мы также рады, что эта техническая платформа открывает для нас дверь в будущих исследованиях для создания разнообразных синтетических фабрик, в которых будут заключаться различные ферменты и молекулы для индивидуальных функций .

Лунин Лю, руководитель исследования и профессор микробной биоэнергетики и биоинженерии, Институт систем, молекулярной и интегративной биологии, Ливерпульский университет

Тианпей Ли, первый автор исследования и аспирант, заявил: « В связи с изменением климата существует острая необходимость в сокращении выбросов двуокиси углерода при сжигании ископаемого топлива. Наше исследование прокладывает путь для разработки нанореакторов на основе карбоксисомных оболочек для набора определенных ферментов и открывает двери для новых возможностей для развития устойчивой, чистой биоэнергетики »

.

Исследование финансировалось Королевским обществом, Советом по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук (BBSRC), Фондом Ньютона Британского совета и Leverhulme Trust.

Исследование также проводилось в сотрудничестве с Центром визуализации клеток, Центром исследований протеома и отделом биомедицинской электронной микроскопии Ливерпульского университета, а также учеными из Хэнаньского университета и Центрального Южного университета в Китае.

Ссылка на журнал:

Li, T., и др. . (2020) Перепрограммирование бактериальных белковых органелл в качестве нанореактора для производства водорода. Nature Communications . doi.org/10.1038/s41467-020-19280-0.

Источник: https://www.liverpool.ac.uk/[19459008visible