Австралийские ученые обнаружили фермент, который преобразует воздух в энергию. Результаты исследования, опубликованные сегодня в журнале Nature, показывают, что этот фермент использует небольшое количество водорода в атмосфере для создания электрического тока. Это открытие открывает путь к созданию устройств, которые в буквальном смысле будут получать энергию из воздуха.

Исследовательская группа под руководством доктора Риса Гринтера, аспирантки Эшли Кропп и профессора Криса Грининга из Института биомедицинских открытий Университета Монаша в Мельбурне, Австралия, вывела и проанализировала фермент, потребляющий водород, из обычной почвенной бактерии.

Недавняя работа команды показала, что многие бактерии используют водород из атмосферы в качестве источника энергии в бедной питательными веществами среде. "Мы уже давно знаем, что бактерии могут использовать следы водорода в воздухе в качестве источника энергии, помогающего им расти и выживать, в том числе в почвах Антарктики, вулканических кратерах и на глубине океана", - сказал профессор Грининг. "Но до сих пор мы не знали, как они это делают".

В этой статье в Nature исследователи извлекли фермент, ответственный за использование атмосферного водорода, из бактерии под названием Mycobacterium smegmatis. Они показали, что этот фермент, называемый Huc, превращает водородный газ в электрический ток. Доктор Гринтер отмечает: "Huc необычайно эффективен. В отличие от всех других известных ферментов и химических катализаторов, он потребляет водород даже на уровне ниже атмосферного - всего 0,00005% воздуха, которым мы дышим".

Исследователи использовали несколько передовых методов, чтобы раскрыть молекулярный план окисления водорода в атмосфере. Они использовали передовую микроскопию (крио-ЭМ) для определения его атомной структуры и электрических путей, расширив границы, чтобы получить самую разрешенную структуру фермента, о которой до сих пор сообщалось этим методом. Они также использовали метод, называемый электрохимией, чтобы продемонстрировать, что очищенный фермент вырабатывает электричество при ничтожных концентрациях водорода.

Лабораторная работа, проведенная Кроппом, показала, что очищенный Huc можно хранить в течение длительного времени. "Он поразительно стабилен. Можно заморозить фермент или нагреть его до 80 градусов Цельсия, и он сохраняет способность вырабатывать энергию", - сказал Кропп. "Это говорит о том, что данный фермент помогает бактериям выживать в самых экстремальных условиях". "

Huc - это "природная батарейка", которая вырабатывает устойчивый электрический ток из воздуха или добавленного водорода. Хотя эти исследования находятся на ранней стадии, открытие Huc имеет значительный потенциал для разработки небольших устройств, работающих на воздухе, например, в качестве альтернативы устройствам, работающим на солнечной энергии.

Бактерии, производящие ферменты, подобные Huc, широко распространены и могут выращиваться в больших количествах, что означает, что у нас есть доступ к устойчивому источнику фермента. Доктор Гринтер говорит, что основной целью будущей работы является расширение масштабов производства Huc. "Как только мы начнем производить Huc в достаточных количествах, перед нами откроются широкие возможности для использования его для производства чистой энергии".