I ricercatori dell'Università di Liverpool hanno aperto nuove possibilità per lo sviluppo futuro di soluzioni sostenibili, bioenergia pulita. Lo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , mostra come le "gabbie" delle proteine ​​batteriche possono essere riprogrammate come bioreattori su nanoscala per la produzione di idrogeno.

Il carbossisoma è un organello batterico specializzato che incapsula la CO . essenziale ₂ -fissando l'enzima Rubisco in un guscio proteico simile a un virus. L'architettura dal design naturale, semipermeabilità, e il miglioramento catalitico dei carbossisomi hanno ispirato la progettazione razionale e l'ingegneria di nuovi nanomateriali per incorporare diversi enzimi nel guscio per migliorare le prestazioni catalitiche.

Il primo passo nello studio ha coinvolto i ricercatori che hanno installato elementi genetici specifici nel batterio industriale E. coli per produrre gusci carbossisomi vuoti. Hanno inoltre identificato un piccolo "linker" - chiamato peptide di incapsulamento - in grado di dirigere le proteine ​​esterne nel guscio.

Il carattere estremamente sensibile all'ossigeno delle idrogenasi (enzimi che catalizzano la generazione e la conversione dell'idrogeno) è un problema di vecchia data per la produzione di idrogeno nei batteri, quindi il team ha sviluppato metodi per incorporare idrogenasi cataliticamente attive nel guscio vuoto.

Responsabile del progetto Professor Luning Liu, Professore di Bioenergetica Microbica e Bioingegneria presso l'Istituto di Sistemi, Biologia Molecolare e Integrativa, ha dichiarato:"Il nostro bioreattore di nuova concezione è ideale per gli enzimi sensibili all'ossigeno, e segna un passo importante verso la possibilità di sviluppare e produrre una bio-fabbrica per la produzione di idrogeno."

In collaborazione con il professor Andy Cooper nella Materials Innovation Factory (MIF) dell'Università, i ricercatori hanno poi testato le attività di produzione di idrogeno delle cellule batteriche e dei nanobioreattori biochimicamente isolati. Il nanobioreattore ha ottenuto un miglioramento del 550% circa nell'efficienza della produzione di idrogeno e una maggiore tolleranza all'ossigeno rispetto agli enzimi senza incapsulamento del guscio.

"Il prossimo passo per la nostra ricerca è rispondere a come possiamo stabilizzare ulteriormente il sistema di incapsulamento e migliorare i rendimenti, " ha affermato il professor Liu. "Siamo anche entusiasti che questa piattaforma tecnica ci apra le porte, negli studi futuri, creare una gamma diversificata di fabbriche sintetiche per racchiudere vari enzimi e molecole per funzioni personalizzate".

Primo autore, dottorato di ricerca studente Tianpei Li, ha dichiarato:"A causa del cambiamento climatico, c'è un urgente bisogno di ridurre l'emissione di anidride carbonica dalla combustione di combustibili fossili. Il nostro studio apre la strada alla progettazione di nanoreattori a guscio di carbossisoma per reclutare enzimi specifici e apre la porta a nuove possibilità per lo sviluppo sostenibile, bioenergia pulita”.