Kapky cukru mění řasy v miniaturní továrny na vodík

Vodík má v současné době velký potenciál jako čistý zdroj energie. Výzkumnému týmu z University of Bristol a Harbin Institute of Technology se podařilo ukázat, že buňky řas lze proměnit v malé továrny, které jej produkují. To za předpokladu, jsou-li ponořeny do malých kapiček cukru.

Spontánní organizování mikrobiálních buněk do mnohobuněčných útvarů je v biologii poměrně populární trend. Velký potenciál skýtají tyto techniky například v tkáňovém inženýrství, nebo různých buněčných terapiích.

Řasy, leč v malém množství, vodík přirozeně produkují. Tým, složený z britských a čínských vědců využil metod genového inženýrství a specifických proteinů a tuto schopnost podpořil. Vědci se ponořili do mechanismu fotosyntézy, tedy procesu, jakým buňky řas absorbují oxid uhličitý a produkují kyslík. Zjistili, že udržením přibližně 10 000 buněk uvnitř cukerných kapek se hladina produkovaného kyslíku snížila. Kapky, které zapříčinily spontánní organizaci buněk řas, byly vyrobeny z cukru dextranu, rozvětveného polysacharidu odvozeného od glukózy, zachyceného v PEG, tedy polyethylenglykolu.

Zdroj: Nature Communications

Buňky řasy chlorella (na obrázku zelené koule) se zachytily v kapkách dextranu v PEG pomocí emulgace za přítomnosti denaturovaných mikročástic BSA (žluté obdélníky). Kapičky emulze obsahující buňky byly následně stlačeny (červené šipky). Úbytek kyslíku v hydrogelové matrici (žlutá trojúhelníková síť) následně generoval hypoxické, světelně zastíněné (vnitřní, azurové) a aerobní (povrchové, zelené) výklenky. Produkce kyslíku se v tomto hypoxickém jádru snižovala a dýchání převládlo nad fotosyntézou. Aktivita enzymu hydrogenázy stoupla a začala růst i produkce vodíku.

Tento krok tedy vedl k převládnutí hypoxie a aktivaci enzymů zvaných hydrogenázy, které převzaly nad fotosyntézou kontrolu a donutily buňky vytvářet místo kyslíku vodík. Tým rovněž zjistil, že pokryjeme-li tyto kapičky tenkým bakteriálním filmem, který kyslík zachycuje, aktivita hydrogenáz se rapidně zvyšuje, což vede k posílení produkce vodíku.

„Použití takovýchto kapiček jako řídících vektorů pro organizaci fotosyntézy řas nabízí potenciálně ekologicky neškodný způsob výroby vodíku,“ říká profesor Stephen Mann z University of Bristol. Kapičky, zadržující buňky řas, měří pouhou desetinu milimetru. Jeho tým tvrdí, že přibližně čtvrt milionu těchto „mikrobiálních továren“ by bylo možné vtlačit do jednoho mililitru vody. Přestože je vyvinutý mechanismus výroby vodíku velice čerstvý, vědci věří, že skýtá velký energetický potenciál a je třeba na něm dále pracovat.

„Naše metoda je poměrně snadná a udržitelná. Životaschopnost buněk není nijak narušena,“ dodává profesor Xin Huang z Harbin Institute of Technology. „Zdá se také, že je poměrně flexibilní. Nedávno se nám podařilo vytvořit podobný „cukerný“ reaktor z kvasinek, vyrábějící etanol.“ Práce, která dala zrod těmto „vodíkovým mikrotovárnám“, byla publikována v prestižním odborném časopise Nature Communications.

Originální publikace: https://www.nature.com/articles/s41467-020-19823-5

Zdroj: New Atlas, University of Bristol, zdroj titulní fotografie: Reiseuhu, Unsplash.

Lukáš Kekrt

Populizátor vědy, ultramaratonec a naivní tramp, mikrobiologie, Karlova Univerzita

Související články

Back to top button
Close
Close