Gli scienziati hanno scoperto il meccanismo utilizzato da un enzima del batterio Mycobacterium smegmatis e pensano che potrebbe essere utilizzato per creare una nuova fonte di energia pulita letteralmente dal nulla.
L’enzima Huc
L’enzima, che è stato chiamato Huc, è utilizzato dal batterio Mycobacterium smegmatis per trarre energia dall’idrogeno atmosferico, permettendogli di sopravvivere in ambienti estremi e poveri di nutrienti.
“Immaginiamo che una fonte di alimentazione contenente Huc possa alimentare una gamma di piccoli dispositivi portatili utilizzando l’aria, inclusi sensori biometrici, monitor ambientali, orologi digitali e calcolatrici o semplici computer”, ha dichiarato l’autore principale Rhys Grinter, un microbiologo della Monash University in Australia.
“Quando fornisci a Huc idrogeno più concentrato, produce più corrente elettrica”, ha aggiunto. “Il che significa che potrebbe essere utilizzato nelle celle a combustibile per alimentare dispositivi più complessi, come orologi intelligenti o smartphone, computer complessi e forse anche automobili”.
Mycobacterium smegmatis è un batterio non patogeno a crescita rapida, spesso utilizzato in laboratorio per studiare la struttura della parete cellulare del suo parente stretto e patogeno: il Mycobacterium tuberculosis. Comunemente trovato nel suolo di tutto il mondo, Mycobacterium smegmatis è noto da tempo per convertire l’idrogeno in in energia; in questo modo, il microbo può sopravvivere negli ambienti più difficili, compresi i suoli antartici, i crateri vulcanici e l’oceano profondo, sostengono i ricercatori.
Ma fino ad ora, come Mycobacterium smegmatis potesse fare ciò era un mistero pervasivo.
Per studiare la chimica alla base dell’incredibile capacità di Mycobacterium smegmatis, gli scienziati hanno prima isolato l’enzima Huc responsabile del processo utilizzando la cromatografia, una tecnica di laboratorio che consente agli scienziati di separare i componenti di una miscela. Quindi, hanno studiato la struttura atomica dell’enzima con la microscopia crioelettronica, una tecnica che ha fatto vincere ai suoi creatori il Premio Nobel 2017 per la chimica. Trasmettendo elettroni su un campione congelato di Huc raccolto da Mycobacterium smegmatis, i ricercatori hanno mappato la struttura atomica dell’enzima e i percorsi elettrici che utilizza per trasportare gli elettroni in modo che formino una corrente.
Il team ha scoperto che al suo centro Huc ha una struttura, chiamata sito attivo, che contiene ioni carichi di nichel e ferro. Una volta che le molecole di idrogeno (costituite da due protoni e due elettroni) entrano nel sito attivo, rimangono intrappolate tra gli ioni di nichel e ferro e vengono private dei loro elettroni. L’enzima quindi invia questi elettroni lungo un flusso che scorre per generare una corrente.
“Gli elettroni vengono assorbiti da Huc (in particolare lo ione nichel) e trasferiti alla superficie di Huc da un filo molecolare formato da gruppi di ioni di ferro e zolfo”, ha detto Grinter. “Se immobilizziamo Huc su un elettrodo, gli elettroni possono entrare in un circuito elettrico dalla superficie dell’enzima e generare corrente”.
Ulteriori esperimenti hanno rivelato che l’enzima Huc isolato può essere conservato per periodi prolungati poiché è in grado di sopravvivere al congelamento o al riscaldamento fino a 176 gradi Fahrenheit (80 gradi Celsius), e può consumare idrogeno a concentrazioni minuscole come lo 0,00005% di quello che si trova nell’aria che respiriamo.
Questi attributi, insieme all’ubiquità del microbo e alla capacità di essere facilmente coltivato, potrebbero rendere l’enzima un candidato ideale per una fonte di energia nelle batterie organiche.
“Huc può estrarre energia dall’idrogeno nell’aria, che è effettivamente illimitata”, ha affermato Grinter. “La quantità di elettricità che può essere generata dalle basse concentrazioni di idrogeno nell’aria sarà modesta. Ciò limiterà l’applicazione di Huc in questo contesto a dispositivi che richiedono una piccola ma sostenuta quantità di energia. Un uso complementare di Huc potrebbe essere fatto in celle a combustibile dove viene fornita una maggiore concentrazione di idrogeno”.
Fonte: Nature
