Energia dall’aria si può produrre grazie agli enzimi di un batterio

Energia dall’aria si può produrre grazie agli enzimi di un batterio

Energia dall’aria si può produrre grazie agli enzimi di un batterio.

I batteri sono microrganismi dalle dimensioni di un millesimo di millimetro e vengono studiati in diversi campi della scienza: dalla medicina alla tecnologia.

Nel settore ambientale sono diverse le ricerche che trovano nei batteri degli alleati per possibili applicazioni ecologiche, come lo smaltimento della plastica.

E’ recente la pubblicazione sulla rivista Nature dell’impiego di un particolare enzima presente nel batterio Mycobacterium smegmatis.

M. 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.

Enzima HUC per produrre energia dall’aria

L’enzima studiato è chiamato Huc ed è utilizzato dal batterio del suolo Mycobacterium smegmatis (un cugino dei batteri responsabili della tubercolosi e della lebbra) per produrre energia dall’idrogeno. Questa funzione permette al batterio di sopravvivere in ambienti estremi e poveri di nutrienti.

Ora, estraendo e studiando l’enzima, i ricercatori australiani affermano di aver trovato una nuova fonte di energia che potrebbe essere utilizzata per alimentare una serie di piccoli dispositivi elettrici portatili.

“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”, spiega l’autore principale Rhys Grinter.

Il team, composto da Ashleigh Kropp e Chris Greening, ricercatori del Biomedical Discovery Institute della Monash University di Melbourne, in Australia, ha già dimostrato che molti batteri utilizzano l’idrogeno dall’atmosfera come fonte di energia in ambienti poveri e nutrienti; cioè solo ‘respirando’, anche in luoghi ostili alla vita, generano elettricità che li aiuta a sopravvivere. “Sappiamo da tempo che tracce di idrogeno nell’aria possono essere utilizzate dai batteri come fonte di energia per aiutarli a crescere, anche nei suoli antartici, nei crateri vulcanici e nelle profondità dell’oceano“, spiega Greening. “Ma non sapevamo come l’avessero fatto. Finora”.

Il batterio oggetto di questo studio, è noto da tempo per la sua capacità di convertire l’idrogeno gassoso in una corrente elettrica, grazie all’enzima Huc.

“Huc è straordinariamente efficiente“, afferma Grinter. ‘‘A differenza di tutti gli altri enzimi e catalizzatori chimici conosciuti, consuma idrogeno al di sotto dei livelli atmosferici, solo lo 0,00005% dell’aria che respiriamo“.

Lo studio dell’enzima

Per studiare la chimica alla base dell’incredibile capacità di M. 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.

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 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 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”.

È incredibilmente stabile. Puoi congelare l’enzima o riscaldarlo a 80 gradi Celsius e conserva il suo potere di generare energia“, spiega Kropp. ”Ciò riflette che questo enzima aiuta i batteri a sopravvivere negli ambienti più estremi“.

Elettricità da aria enzima Huc

Huc è una batteria naturale

Huc è una “batteria naturale” che produce una corrente elettrica sostenuta dall’aria o dall’aggiunta di idrogeno. Gli autori osservano che mentre questa ricerca è in una fase iniziale, la scoperta di questo enzima ha “un notevole potenziale per sviluppare piccoli dispositivi alimentati ad aria, ad esempio, come alternativa ai dispositivi ad energia solare“.

Ora si dovranno comprendere i metodi pratici di applicazione.

Gli autori hanno spiegato che questo enzima non viene estratto solo dal Mycobacterium smegmatis: altri batteri comuni hanno enzimi simili e possono essere coltivati ​​in grandi quantità, “il che significa che abbiamo accesso a una fonte sostenibile dell’enzima“, aggiungono gli esperti. “Una volta che produciamo Huc in quantità sufficienti, il cielo è letteralmente il limite per utilizzarlo per produrre energia pulita“, ha detto 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 in celle a combustibile dove viene fornita una maggiore concentrazione di idrogeno. – ha concluso Grinter.

(Fonte notizia: Scientists discover enzyme that can turn air into energy, unlocking potential new energy source)