Tüberküloz bakterisinin bir türünün havadaki hidrojenden elektrik üretebildiği uzun zamandır biliniyordu. Bilim insanları şimdi bunun nasıl yapıldığını buldu.
Cüzzam ve tüberküloza neden olan bakterinin bir akrabasını inceleyen araştırmacılar, hidrojeni elektriğe dönüştüren bir enzim buldular ve bunun neredeyse havadan yeni ve temiz bir enerji kaynağı üretmek için kullanılabileceğine inanıyorlar.
Mycobacterium smegmatis bakterisi, atmosferik hidrojenden enerji elde etmek için Huc enzimini kullanıyor ve bu da onun sert, besin açısından fakir ortamlarda yaşamasını sağlıyor.
Oksijene Duyarsız bir Enzim HUC
Burada, Mycobacterium smegmatis hidrojenaz Huc’un yapısını ve mekanizmasını kriyo-elektron mikroskobu kullanarak tanımladık. Huc, solunum elektron taşıyıcısı menaquinone’un hidrojenasyonunu ortamdaki H2‘nin oksidasyonuna bağlayan oldukça etkili, oksijene duyarsız bir enzimdir.
Bugün bilim insanları, enzimi çıkarıp araştırarak çeşitli küçük taşınabilir elektrikli aletlere güç sağlamak için kullanılabilecek yeni bir enerji kaynağı keşfettiklerini iddia ediyorlar.
Avustralya’daki Monash Üniversitesi’nde mikrobiyolog olan baş yazar Rhys Grinter, Live Science’a e-posta yoluyla yaptığı açıklamada, ekibin Huc içeren bir güç kaynağının biyometrik sensörler, çevresel monitörler, dijital saatler, hesap makineleri ve basit bilgisayarlar dahil olmak üzere havayı kullanarak çeşitli küçük taşınabilir cihazları çalıştırabileceğini öngördüğünü söyledi.
Huc, daha konsantre hidrojen verildiğinde daha fazla elektrik akımı üretiyor. Bu, akıllı saatler, cep telefonları, daha taşınabilir karmaşık bilgisayarlar ve hatta muhtemelen bir otomobil gibi giderek daha sofistike aygıtlara güç sağlamak için yakıt hücrelerinde kullanılabileceği anlamına geliyor.
M. smegmatis, hastalığa neden olan yakın akrabası Mycobacterium tuberculosis’in hücre duvarı bileşimini araştırmak için laboratuvarlarda sıklıkla kullanılan, patojenik olmayan, hızlı büyüyen bir bakteridir. Dünya çapında yaygın olarak bulunan bir toprak mikrobu olan M. smegmatis’in, Antarktika toprakları, volkan kraterleri ve derin okyanuslar gibi çok az başka yakıtın elde edilebildiği en zorlu ortamlarda var olabilmek için havadaki eser miktardaki hidrojeni enerjiye dönüştürdüğü uzun zamandır bilinmektedir.
Ancak bu noktaya kadar M. smegmatis’in bunu nasıl başardığı belirsizliğini koruyordu.
Araştırmacılar, M. smegmatis’in şaşırtıcı yeteneklerinin altında yatan kimyayı incelemek amacıyla, ilk olarak süreçten sorumlu Huc enzimini izole etmek için araştırmacıların bir karışımın bileşenlerini ayırmasına olanak tanıyan bir laboratuvar tekniği olan kromatografiyi kullandılar.
Daha sonra, geliştiricilerine 2017 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandıran bir yöntem olan kriyo-elektron mikroskopisini kullanarak enzimin atomik yapısını incelediler. Araştırmacılar, M. smegmatis’ten toplanan donmuş bir Huc örneği üzerine elektronları patlatarak bir akım üretmeleri için enzimin atomik yapısını ve elektronları taşımak için kullandığı elektrik yollarını inceledi.
Ekip, Huc’un çekirdeğinde yüklü nikel ve demir iyonlarını barındıran bir yapı olan aktif bir bölgeye sahip olduğunu buldu. Hidrojen molekülleri aktif bölgeye girdikten sonra elektronlarını kaybediyor çünkü nikel ve demir iyonları arasında sıkışıyorlar. Bir akım oluşturmak için enzim daha sonra bu elektronları bir akım boyunca hareket ettirir.
Grinter’e göre elektronlar Huc (özellikle nikel iyonu) tarafından alınıyor ve demir ve sülfür iyonu kümelerinden oluşan moleküler bir tel ile yüzeyine iletiliyor. “Huc’u bir elektrot üzerinde hareketsiz hale getirirsek, elektronlar enzim yüzeyinden bir elektrik devresine akabilir ve elektrik üretebilir.”
Daha ileri araştırmalar, izole edilen Huc enziminin uzun süre saklanabildiğini, dondurulmaya veya 80 santigrat dereceye kadar ısıtılmaya dayanabildiğini ve havamızda bulunan hidrojenin %0,00005’i kadar küçük konsantrasyonlarda hidrojen tüketebildiğini gösterdi. Araştırmacılar, mikrobun her yerde bulunabilmesi ve büyüme kolaylığı ile birlikte bu özelliklerin enzimi organik pillerde bir güç kaynağı için birincil seçenek haline getirebileceğini öne sürüyor.
Grinter’e göre, Huc’un enerji olarak elde edebileceği havadaki hidrojen miktarı pratikte sonsuzdur. “Havadaki düşük hidrojen seviyeleri nedeniyle, sadece az miktarda elektrik üretilebilir. Huc bu durumda sadece uzun bir süre boyunca az miktarda güce ihtiyaç duyan cihazlar için kullanılabilir. Huc, daha yüksek konsantrasyonda hidrojen sağlayan yakıt hücrelerinde de kullanılabilir.”
Kaynak: Live Science