Nanoklasteri koji apsorbiraju svjetlost od 22 atoma zlata (Au22) dovoljno su mali da se mogu provući kroz zid bakterijske membrane. Izvor slike: Berkeley College of Chemistry

Cyborg bakterije dobivaju zlatnu nadogradnju

Znanstvenici koriste zlatne nanočestice u sintetskoj fotosintezi bakterija u potrazi za alternativnom energijom

SVEUČILIŠTE U KALIFORNIJI -BERKELIJA - Nedavna inovacija u potrazi za alternativnim izvorima energije pretvorila je prirodno prisutne bakterije u solarne receptore koji mogu pretvoriti ugljični dioksid, vodu i sunčevu svjetlost u solarna goriva.

Ovo revolucionarno istraživanje je razvoj sintetske metode fotosinteze. Fotosinteza je u prirodi mehanizam pomoću kojeg biljke koriste klorofil za hvatanje sunčeve svjetlosti i pretvaranje u energiju.

Izvor slike: Sveučilište Wageningin i istraživanje

Znanstvenici su uspjeli oponašati prirodnu fotosintezu pričvršćivanjem nanokristala kadmij-sulfida (CdS) koji apsorbiraju svjetlost na vanjsku membranu Moorella thermoacetica, koja je u svom prirodnom stanju nefotosintetska bakterija. Kroz ovaj postupak pretvorili su ga u hibridni stroj za fotosintezu bakterija koji nadmašuje prirodnu fotosintezu.

"Umjesto da se oslanjam na neučinkovit klorofil za skupljanje sunčeve svjetlosti, naučio sam bakterije kako rasti i prekriti njihova tijela sićušnim poluvodičkim nanokristalima", kaže Kelsey K. Sakimoto, doktor znanosti koja je provela istraživanje u laboratoriju Peidong Yang, profesor kemije na UC Berkeley. "Ovi nanokristali su mnogo učinkovitiji od klorofila i mogu se uzgajati uz djelić troškova proizvedenih solarnih panela."

Kad sunčeva svjetlost pogodi CdS nanočestice, nastaje nabijeni elektron koji putuje kroz unutrašnjost bakterije. Elektroni uzajamno djeluju s enzimima, uzrokujući smanjenje ugljičnog dioksida, koji na kraju stvara acetat, kemikaliju koja je važna u proizvodnji solarnih goriva.

Kroz ovaj postupak pretvorili su Moorella thermoacetica u hibridni bakterijski fotosintetizer, M. thermoacetica-CdS, koji nadmašuje prirodnu fotosintezu u biljnom životu. Hibrid je tehnologija bez otpada jer se sam regenerira i samoobnavlja sa stopom učinkovitosti većom od 80 posto.

Iako se ovaj model činio izuzetno obećavajućim, znanstvenici su primijetili da su neki elektroni izgubljeni interakcijom s drugim kemikalijama unutar bakterijske stanice. Da bi riješili problem izgubljenih elektrona, uveli su još jedan poluvodič unutar ćelije: nanoklasteri koji apsorbiraju svjetlost od 22 atoma zlata (Au22), koji su dovoljno mali da se mogu provući kroz zid bakterijske membrane. Rezultat je biohidrični sustav koji nudi veće prinose nego što je dobiveno s vanćelijskim CdS modelom.

"Odabrali smo Au22 jer je idealna za apsorpciju vidljive svjetlosti i ima potencijal pokretanja procesa smanjenja CO2, ali nismo bili sigurni da li će biti kompatibilna s bakterijama", rekao je Yang. "Kad smo ih pregledali pod mikroskopom, otkrili smo da su bakterije bile napunjene tim skupinama Au22 - i još su sretno ostale žive."

Au22 je dovoljno mali da se provuče kroz zid bakterijske membrane. Bonus slike: Peidong Yang, UC Berkeley

Ovaj razvoj sintetičke fotosinteze može ponuditi potencijalna rješenja za potragu za alternativnim izvorima energije, „Sintetska biologija i sposobnost proširenja opsega smanjenja CO2 od proizvoda bit će presudni za postavljanje ove tehnologije kao zamjene ili jedne od mnogih zamjena za petrokemijska industrija ", kaže Sakimoto.

Znanstvenici namjeravaju nastaviti s razvojem ove nove tehnologije: "Zatim bismo željeli pronaći način za smanjenje troškova, poboljšanje životnog vijeka tih biohidroloških sustava i poboljšavanje kvantne učinkovitosti", rekao je Yang.

izvori:

Kiborg bakterije nadmašuju biljke pri pretvaranju sunčeve svjetlosti u korisne spojeve (video). (2017., 22. kolovoza). Preuzeto sa https://www.acs.org/content/acs/hr/pressroom/newsreleases/2017/august/cyborg-bacteria-outperform-plants-when-turning-sunlight-into-useful-compounds-video.html

Sakimoto, K. K., Wong, A. B., Yang, P. (2016, 01. siječnja). Samo-fotosenzibilizacija nefosintetičkih bakterija za proizvodnju sunca i kemikalije. Preuzeto s http://science.sciencemag.org/content/351/6268/74

Skupljanje solarnih goriva pomoću bakterijinog neobičnog apetita za zlatom. (N.d.). Preuzeto sa https://chemistry.berkeley.edu/news/harvesting-solar-fuels-through-bacterium's-unusual-appetite-gold