Un enzima scoperto trasforma l'aria in elettricità, un nuovo modo pulito per realizzare i sogni energetici

Scienziati australiani hanno scoperto un enzima che converte l'aria in energia utilizzando le basse quantità di idrogeno presenti nell'atmosfera per creare una corrente elettrica.

L'enzima in questione si chiama Huc (pronunciato “Huck”). È prodotto da batteri e li aiuta nella crescita e nella sopravvivenza nel suolo, negli oceani, nei crateri vulcanici e persino nell'Antartide.

I microbiologi di Monash hanno ora scoperto che può produrre elettricità dal nulla.

L'importante scoperta è illustrata nella rivista Nature. Il gruppo di ricerca è stato guidato dal dottor Rhys Grinter di Monash, dalla dottoranda Ashleigh Kropp e dal professor Chris Greening, del Biomedicine Discovery Institute.

Il laboratorio del professor Greening è specializzato nel modo in cui i batteri ottengono energia. Il laboratorio del dottor Grinter si concentra sulle macchine molecolari che compongono i batteri e su come funzionano.

"Sappiamo da tempo che i batteri possono utilizzare l'idrogeno presente nell'aria come fonte di energia", ha affermato il professor Greening. "Ma fino ad ora non sapevamo come avessero fatto questo."

Huc funziona come uno spazzino di gas idrogeno e, a differenza di tutti gli altri enzimi e catalizzatori chimici conosciuti, può consumare il gas al di sotto dei livelli atmosferici.

In questo modo è come una batteria naturale, che produce una piccola corrente elettrica dall'aria o dall'idrogeno aggiunto. La scienza è rimasta perplessa su come funzionasse. Questa scoperta apre la strada alla creazione di dispositivi che producono letteralmente energia, sotto forma di elettricità, dal nulla.

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“Quello che volevamo veramente fare era isolare Huc da un batterio in grado di eliminare l’idrogeno atmosferico”, afferma il dott. Grinter. “È una cosa impegnativa da fare, perché spesso questi batteri ambientali sono difficili da coltivare. Quindi, abbiamo sviluppato una serie di nuovi metodi per, prima, far crescere i batteri, poi aprirli e poi usare la chimica per cercare di isolare questo singolo componente”.

Il batterio prescelto fu il Mycobacterium smegmatis, scoperto nel 1884 in Austria da un medico, Sigmund Lustgarten, che si occupava di malattie della pelle. Nonostante sia isolato in questo contesto, M. smegmatis vive generalmente nel terreno, non causa malattie ed è relativamente ben studiato perché utilizzato come modello di organismo per la sua cugina tubercolosi.

“Inoltre”, spiega, “una delle cose importanti per studiare i batteri o purificarne i componenti è poter modificare i loro genomi. Aggiungi i geni, toglili e inserisci un po' di DNA extra che ti permette di purificare i complessi. Questi strumenti esistono per M. smegmatis”.

Il membro del team Ashleigh Kropp ha svolto gran parte del lavoro di laboratorio, inclusa l’estrazione di Huc dalle cellule batteriche.

"Abbiamo scoperto che Huc ha una componente extra di cui non sapevamo esistesse", dice.

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“Usando questo, Huc forma un grande complesso e quando lo rimuoviamo, Huc non forma più quel grande complesso. Si scopre che questo componente e il complesso sono davvero importanti per il modo in cui Huc funziona nelle cellule”.

Il lavoro di laboratorio ha dimostrato che l’Huc purificato può essere conservato per lunghi periodi.

“È molto stabile. È possibile congelare l'enzima o riscaldarlo a 80° Celsius e conserva il suo potere di generare energia", afferma Kropp. “Ciò riflette il fatto che questo enzima aiuta i batteri a sopravvivere negli ambienti più estremi”.

"Anche se c'è molto lavoro da fare affinché ciò accada, esistono numerose potenziali applicazioni", afferma il dott. Grinter. “La sintesi della chimica fine richiede modifiche molto specifiche a una molecola, che possono essere difficili da eseguire chimicamente. Huc potrebbe utilizzare gli elettroni di piccole quantità di idrogeno nell’aria per eseguire queste modifiche chimiche, nella sintesi chimica industriale”.

Huc potrebbe anche essere utilizzato come sensore per l’idrogeno. Huc produce corrente elettrica quando è presente l'idrogeno. Quando Huc viene inserito in un circuito elettrico, questa corrente può essere misurata per determinare la concentrazione di idrogeno.