Mycobacterium smegmatis. Kredit: Vader1941 / Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

Nedávno se povedl velký mediální i odborný zásah australským vědcům s „enzymem, který vyrábí elektřinu ze vzduchu.“ Ponecháme-li stranou poněkud clickbajtovou mediální zkratku, tak je to rozhodně fascinující záležitost. Našli enzym, který využívá i nesmírně malé množství plynného vodíku v ovzduší a vyrábí z něj elektřinu.

Rhys Grinter vpravo. Kredit: Monash University.

Už nějakou dobu víme, že mnohé bakterie mohou využívat stopový atmosférický vodík jako zdroj energie v prostředích, která jsou chudá na živiny. Díky tomu přežívají v polárních půdách, vulkanických kráterech a na podobných extrémních stanovištích. Doposud ale nebylo jasné, jak to vlastně dělají.

Mikrobiolog Rhys Grinter z Monash University a jeho kolegové izolovali enzym, zodpovědný za tento energetický majstrštyk, z běžné půdní aktinomycety Mycobacterium smegmatis. Je to doposud neznámý enzym ze skupiny NiFe hydrogenáz, pojmenovaný Huc hydrogenáza. Jak nadšeně uvádí Grinter, Huc je zázračně účinný. Koncentrace vodíku v atmosféře jsou extrémně nízké. Dýcháme totiž vzduch, v němž je pouze cca 0,00005 procent molekulárního vodíku.

Logo. Kredit: Monash University.

Badatelé prozkoumali Huc hydrogenázu pomocí kryoelektronové mikroskopie (cryo-EM) a určili její vnitřní strukturu. S využitím elektrochemie pozorovali, jak tento enzym vytváří elektřinu při nepatrných koncentracích vodíku v ovzduší. Laboratorní analýzy ukázaly, že Huc je také výjimečně stabilní. Enzym lze zmrazit nebo ohřát na 80 °C a stále je schopný generovat elektřinu. Na Huc je vidět, že jde o nástroj pro přežití v extrémních podmínkách.

Stručně řečeno, Huc hydrogenáza je přírodní baterie, která produkuje stabilní elektrický proud díku vodíku v okolním ovzduší. Výzkum tohoto enzymu je na úplném počátku, ale už teď se rýsuje značný potenciál pro vývoj malých elektronických zařízení poháněných „vzduchem,“ například jako alternativy pro zařízení na solární energii.

Zároveň lze počítat s tím, že podobné enzymy jsou u bakterií běžné. Na své si jistě přijdou i proteinoví inženýři, kteří mohou ladit už tak pozoruhodné vlastnosti Huc. Zdá se, že tu máme bakteriální zdroj čisté energie, s nímž můžeme počítat pro úvahy o energetice příštích desetiletí.

Video: Australian scientists discover how to turn air into electricity

Literatura

Monash University 9. 3. 2023.

Nature online 8. 3. 2023.