“Trzecia forma życia” robi cuda z wodorem. To szansa na nową energię
“Pierwotne” formy życia używają wyjątkowo skutecznych enzymów do pozyskiwania energii z wodoru. Może to pomóc w opracowaniu wydajniejszych urządzeń napędzanych tym paliwem.
Archeony to jednokomórkowe organizmy żyjące w ekstremalnych warunkach, takich jak kominy geotermalne. Mimo że przypominają bakterie, są odrębną, starożytną domeną życia, równorzędną z bakteriami i eukariontami, czyli organizmami o komórkach z jądrami, do których należą rośliny, zwierzęta i grzyby.
Naukowcy odkryli, że archeony od miliardów lat pozyskują energię z wodoru przy użyciu “ultraminimalnych” enzymów. To odkrycie może wspierać rozwój nowych, ekologicznych technologii opartych na wodorze.
Jak przetrwać w trudnych warunkach
Badacze z różnych ośrodków na świecie ustalili, że co najmniej dziewięć rodzajów archeonów wykorzystuje enzymy znacznie mniejsze i bardziej wydajne niż te stosowane przez inne formy życia do produkcji wodoru.
Te potężne enzymy umożliwiły archeonom przetrwanie i rozwój w najbardziej surowych środowiskach na Ziemi, gdzie tlen jest rzadki lub nieobecny.
“Ludzie dopiero zaczynają myśleć o wodorze jako źródle energii, ale archeony robią to od miliarda lat” – mówi Pok Man Leung, mikrobiolog z Monash University w Australii, współautor badań. “Biotechnolodzy mogą teraz inspirować się archeonami do przemysłowej produkcji wodoru”.
Wodór kluczowy dla zielonej transformacji
Wodór, najobficiej występujący pierwiastek we Wszechświecie, jest wykorzystywany do produkcji nawozów, chemikaliów, obróbki metali, przetwarzania żywności i rafinacji paliw.
Jednak jego przyszłość wiąże się z magazynowaniem energii i produkcją stali. Procesy te mogą być zeroemisyjne, jeśli użyje się wodoru wytwarzanego z wody przy pomocy energii odnawialnej. Obecnie większość przemysłowego wodoru pochodzi z gazu ziemnego.
Mikroorganizmy wytwarzają wodór głównie w celu usuwania nadmiaru elektronów podczas fermentacji – procesu pozyskiwania energii z węglowodanów bez tlenu. Enzymy do produkcji lub wykorzystania wodoru nazywane są wodorazami i zostały szczegółowo zbadane dopiero osiem lat temu. Okazało się, że są one używane przez wiele mikroorganizmów, zwłaszcza archeonów, żyjących w ekstremalnych środowiskach jak gorące źródła, wulkany i kominy głębinowe.
Sztuczna inteligencja i wodór
Większość archeonów jest znana jedynie z fragmentów kodu genetycznego znalezionych w tych środowiskach. Hodowla ich w laboratorium jest trudna.
Dlatego Chris Greening z Monash University podszedł do problemu inaczej. Przeszukał bazę danych zawierającą kod genetyczny 2300 grup archeonów, szukając genów wodorazy. Następnie zlecił algorytmowi AlphaFold2 firmy Google przewidzenie struktury enzymów i użył genetycznie zmodyfikowanych bakterii E. coli do sprawdzenia, czy geny te faktycznie wytwarzają aktywne wodorazy.
Badacze odkryli odpowiednie geny w dziewięciu grupach archeonów i potwierdzili ich aktywność. “Odkrycia te ujawniają nowe adaptacje metaboliczne archeonów oraz nowe, wydajne katalizatory H2, które można wykorzystać biotechnologicznie” – piszą w artykule. Genetyczne triki używane przez te organizmy mogą być w przyszłości wykorzystane dla naszych potrzeb.
