0
2305
Газета Наука Печатная версия

12.02.2019 20:01:00

Капсулы чистой энергии

Синтетическая биология продолжает творить чудеса в самых неожиданных областях

Тэги: физика, биология, экология


физика, биология, экология Голубые капсулы в цитоплазме микробной палочки (ВМС); справа – фиолетовая спираль пептида, переправляющая красный флюоресцентный белок в полость ВМС. Иллюстрация Physorg

Крупнейшие города мира задыхаются в бензиновом смоге. Причина – сжигание в двигателях автомобилей органического топлива. В то же время, как давно утверждают сторонники развития термояда, мы буквально купаемся в неисчерпаемом источнике чистой и экологически дружественной энергии, единственным продуктом использования которой будет чистая вода.

Вода при разложении дает столь необходимые атмосфере кислород и водород. Сжигание водорода как минимум в два раза эффективнее с точки зрения получения электрической энергии, нежели сжигание углеводородов. Достаточно сказать, что на гремучей смеси Н2 и О2 успешно выводили шаттлы на орбиту. Проблема, однако, в нынешней дороговизне и неэффективности получения водорода из воды. Основанная причина – необходимость использования дорогостоящей платины в качестве катализатора электродных процессов при разложении воды на кислород и водород. Причем этот катализатор (используется также не менее дефицитный палладиевый катализатор) быстро «отравляется», то есть теряет свою эффективность. Поэтому вот уже многие годы химики ведут поиск замены благородному металлу при создании топливных элементов (fuel cells).

30-12-3_t.jpg
Оказывается, и золото можно превратить в пористый материал.
Иллюстрация Physorg
В Университете штата Вашингтон, похоже, реально продвинулись в решении этой проблемы. Исследователи соединили в моноатомном катализаторе активное железо с азотом и поместили их в пористый углерод (активированный уголь). Новый катализатор хорошо настраивается под разные режимы использования и к тому же не «отравляется» своими же продуктами. Ученые отмечают в журнале Advanced Energy Materials, что железо в форме FeN2 предпочтительнее кобальта, поскольку у него ниже энергетический барьер катализа. Электрокаталитические центры FeN2 дают напряжение 0,927 вольта, в то время как кобальт и платина – всего лишь 0,049 и 0,055 соответственно.

Авторы подчеркивают, что для коммерциализации дешевых катализаторов очень важны их высокая активность и стабильность. В Вашингтоне помимо солей железа и кобальта использована также важная добавка в виде глюкозамина, дающего пористый углерод, без которого был бы немыслим скачок эффективности моноатомных катализаторов. Немаловажно и то, что такие катализаторы легко получать в промышленных масштабах.

По другую сторону Атлантики, в Университете британских Кента и Бристоля, исследователи предложили использовать в качестве энергетических ячеек бактерии, вернее, ВМС в их цитоплазме. Речь идет о бактериальных микрокомпартментах – белковых образованиях почти сферической формы, включающие в свою полость ферменты для осуществления замкнутого цикла преобразований. Для загрузки полостей ВМС микроорганизмы используют короткие пептиды капсулирования (SEP – Short Encapsulation Peptides). SEP – это короткие цепочки аминокислот, которые способствуют направлению «грузовых» белков, переносящих в полость ВМС различные вещества. Что же сделали в Кенте?

30-12-2_t.jpg
Пористый графен. Иллюстрация Physorg
С помощью кишечных палочек E. coli ученые создали рекомбинантные белки, благодаря которым наладили утилизацию веществ, ранее микроорганизмом не осуществлявшуюся. Для визуализации ВМС, чей диаметр не более 100–150 нанометров, был использован посаженный на их поверхность флюоресцентный протеин. То же делали и с белками внутри капсулы, что позволяет следить за прохождением реакций.

Новая технология манипулирования структурами обмена внутри бактерий сулит несомненные преимущества в деле создания чистых процессов получения различных продуктов, в том числе и для топлива для энергетики. Биотехнологи давно заглядывалась на ВМС, но никак не могли найти пути к реализации этого структурного «проекта». Одним из главных препятствий была невозможность нацеливания нужных метаболических процессов в полость ВМС. Биоинженерам Кента и Бристоля, создавшим два взаимодействующих пептида, удалось направить нужные белки к ВМС.

Это еще одно достижение зарождающейся на наших глазах синтетической биологии. Эта область открывает перспективы утилизации органелл для самого разного применения, начиная от получения новых видов горючего и лекарств и заканчивая созданием дешевых и эффективных вакцин против различных заболеваний. n


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Почему российские ученые опять не стали лауреатами научной премии

Почему российские ученые опять не стали лауреатами научной премии

Фантомная нобелевская боль

0
3072
Неужели Грета Тунберг может видеть углекислый газ?

Неужели Грета Тунберг может видеть углекислый газ?

Александр Широкорад

Недолгий путь от политкорректности к "гретинизму"

1
1764
Премию по физике дали за изучение структуры нашей галактики и Вселенной

Премию по физике дали за изучение структуры нашей галактики и Вселенной

Млечный Путь внутри Универсума

0
1435
Какие из современных физических теорий могут соперничать с гипотезой Большого Взрыва

Какие из современных физических теорий могут соперничать с гипотезой Большого Взрыва

Александр Винничук

Вселенная, рожденная из Ничего

0
1317

Другие новости

Загрузка...
24smi.org