Sürdürülebilir Biyoenerji Üretimini İyileştirmek için Tasarlanan Yeni Protein Nanobiyoreaktörü
Fotoğraf: Bir karboksizom ve enzimlerin illüstrasyonu.
Liverpool Üniversitesi’nden araştırmacılar, sürdürülebilir ve temiz biyoenerjinin gelecekteki gelişimi için yeni olanakların önünü açtılar. Nature Communications‘da yayımlanan çalışma, bakteriyel ‘protein kafesleri’nin hidrojen üretimi için nano ölçekli biyoreaktörler olarak nasıl yeniden programlanabileceğini açıklıyor.
Karboksizom, esas CO2-sabitleyici enzim olan Rubisco’yu virüse benzer bir protein kabuğu içerisinde sarmalayan, özelleşmiş bir bakteri organelidir. Karboksizomların doğal yapıları, yarı geçirgenlikleri ve katalitik gelişimleri, geliştirilmiş katalitik performans için farklı enzimleri kabuğa katmak için yeni nanomalzemelerin rasyonel tasarım ve mühendisliğine esin kaynağı oldu.
Çalışmanın ilk adımında, araştırmalar tarafından boş karboksizom kabukları üretmek üzere endüstriyel bir bakteri olan Koli Basili‘ne belirli genetik unsurlar eklendi. Ek olarak, harici proteinleri kabuğa yönlendirme özelliğine sahip, “kapsülleme peptidi” adı verilen, küçük bir bağlayıcı tanımladılar.
Hidrojen oluşumunu ve dönüşümünü katalize eden enzimler olan hidrojenazların aşırı oksijene duyarlı karakterleri, bakterilerde hidrojen üretimi için uzun süredir gündemde olan bir sorundu, bunun üzerine ekip, katalitik bakımdan aktif hidrojenazları boş kabuğa eklemek için yöntemler geliştirdi.
Institute of Systems, Molecular and Integrative Biology’de Mikrobiyal Biyoenerjetik ve Biyomühendislik Profesörü olan proje lideri Profesör Luning Liu, “Yeni tasarladığımız biyoreaktör, oksijene duyarlı enzimler için idealdir ve hidrojen üretimi için bir biyo-fabrika geliştirip üretebilme yolunda önemli bir adımdır.” diyor.
Üniversite’nin Malzeme İnovasyon Fabrikası’ndan (MIF) Profesör Andy Cooper ile iş birliği içerisinde olan araştırmacılar, bakteri hücrelerinin ve biyokimyasal anlamda izole edilmiş nanobiyoreaktörlerin hidrojen üretim aktivitelerini test ettiler. Nanobiyoreaktör, hidrojen üretim verimliliğinde neredeyse %550’lik bir gelişme ve kabuk kapsüllemesi olmayan enzimlere karşın daha yüksek bir oksijen toleransı elde etti.
Profesör Liu, “Araştırmamızda bir sonraki adım, kapsülleme sistemini nasıl daha stabilize hale getirebileceğimizi ve verimliliği nasıl artırabileceğimizi yanıtlamaktır. Aynı zamanda, bu teknik platformun, gelecekteki çalışmalarda, özelleştirilmiş işlevler için çeşitli enzimleri ve molekülleri kapsayacak çeşitli sentetik fabrikalar oluşturmak için önümüzü açmasından da heyecan duyuyoruz.” diyor.
İlk yazar olan doktora öğrencisi Tianpei Li, “İklim değişikliği nedeniyle, fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanan karbondioksit emisyonunun azaltılmasına yönelik acil bir ihtiyaç var. Çalışmamız, kabuk temelli karboksizom nanoreaktörlerin belirli enzimleri iyileştirmenin ve sürdürülebilir ve temiz biyoenerji geliştirmek için yeni olasılıkların önünü açıyor.” diyor.
Kaynak: phys.org
