“Trzecia forma życia” robi cuda z wodorem. To szansa na nową energię
“Prymitywne” formy życia wykorzystują niezwykle efektywne enzymy do wytwarzania energii z wykorzystaniem wodoru. To może pomóc nam stworzyć efektywniejsze urządzenia zasilane tym paliwem.
Archeony to organizmy jednokomórkowe często spotykane w ekstremalnych środowiskach, takich jak kominy geotermalne. Choć przypominają bakterie, w rzeczywistości stanowią zupełnie osobną, starożytną domenę życia, na równi z bakteriami i eukariontami, czyli stworzeniami o komórkach wyposażonych w jądra, do których zaliczają się wszystkie rośliny, zwierzęta i grzyby.
Naukowcy odkryli właśnie, że archeony od miliardów lat wytwarzają energię przy pomocy gazowego wodoru i “ultraminimalnych" enzymów. To może pomóc w stworzeniu nowych, czystych technologii opartych na gazowym wodorze.
Jak przeżyć w ekstremalnych warunkach
Zespół badaczy z ośrodków na całym świecie odkrył, że co najmniej dziewięć typów archeonów wytwarza gazowy wodór z wykorzystaniem enzymów o wiele mniejszych i o wiele bardziej efektywnych niż te, jakie stosowane są przez pozostałe dwie formy życia.
Potężne enzymy najwyraźniej pozwoliły archeonom przetrwać i rozwijać się w najbardziej nieprzyjaznych środowiskach na Ziemi, gdzie tlenu jest niewiele lub nie ma go wcale.
"Ludzie dopiero niedawno zaczęli myśleć o wykorzystaniu wodoru jako źródła energii, ale archeony robią to już od miliarda lat" - mówi Pok Man Leung, mikrobiolog z Monash University w Australii, który współprowadził badania. "Biotechnolodzy mają teraz okazję czerpać inspirację z tych archeonów do przemysłowej produkcji wodoru".
Wodór kluczowy dla zielonej transformacji
Wodór jest najobficiej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie i jest wykorzystywany na całym świecie do produkcji nawozów i innych substancji chemicznych, obróbki metali, przetwarzania żywności czy rafinacji paliw.
Jednak przyszłość wodoru leży w magazynowaniu energii i produkcji stali. Mogą one stać się procesami zeroemisyjnymi, jeśli zastosuje się do nich wodór wyprodukowany z wody za pomocą energii odnawialnej. Dziś większość stosowanego w przemyśle wodoru produkuje się z gazu ziemnego.
Mikroorganizmy wytwarzają i uwalniają gazowy wodór (H2) w zupełnie innych celach, głównie w celu pozbycia się nadmiaru elektronów wytworzonych podczas fermentacji - procesu, w którym organizmy pozyskują energię z węglowodanów, takich jak cukry, bez tlenu. Enzymy używane do zużywania lub wytwarzania H2 nazywane są wodorazami i po raz pierwszy kompleksowo zbadano je zaledwie osiem lat temu. Naukowcy ustalii, że wykorzystuje je wiele gatunków drobnoustrojów, szczególnie archeonów, które ukrywają się w ekstremalnych środowiskach, takich jak gorące źródła, wulkany i kominy głębinowe.
Sztuczna inteligencja na tropie wodoru
Jednak większość archeonów jest znana jedynie z fragmentów ich kodu genetycznego znalezionych w tych środowiskach. Hodowla wielu z nich w laboratorium jest ekstremalnie trudna.
Dlatego też mikrobiolog z Monash University, Chris Greening, podszedł do problemu inaczej. Przeszukał bazę danych, zawierającą kod genetyczny 2300 rozpoznanych skupisk gatunków archeonów, szukając genów odpowiadających za jeden rodzaj wodorazy. Następnie zlecili algorytmowi AlphaFold2 firmy Google przewidzenie struktury kodowanych enzymów i wykorzystał zedytowane genetycznie bakterie E. coli do sprawdzenia, czy geny te faktycznie funkcjonują i wytwarzają wodorazy zdolne do prowadzenia reakcji w zastępczym gospodarzu.
Badacze odkryli właściwe instrukcje w dziewięciu gromadach archeonów i potwierdzili, że rzeczywiście są one aktywne w tych mikroorganizmach. "Odkrycia te ujawniają nowe adaptacje metaboliczne archeonów, a także nowe, usprawnione katalizatory H2 które można wykorzystać na potrzeby rozwoju biotechnologicznego" - pisze zespół w swoim artykule. Co oznacza, że genetyczne sztuczki wykorzystywane przez najprostsze organizmy na Ziemi można będzie w przyszłości zastosować na nasze własne potrzeby.
