Neu entdecktes Enzym wandelt Wasserstoff in Energie um

„Australische Wissenschaftler haben ein Enzym entdeckt, das Luft in Energie umwandelt. Die heute in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Entdeckung zeigt, dass dieses Enzym die geringen Mengen an Wasserstoff in der Atmosphäre nutzt, um elektrischen Strom zu erzeugen. Diese Entdeckung eröffnet den Weg zur Entwicklung von Geräten, die buchstäblich Energie aus dünner Luft gewinnen.

Das Forscherteam unter der Leitung von Dr. Rhys Grinter, der Doktorandin Ashleigh Kropp und Professor Chris Greening vom Biomedicine Discovery Institute der Monash University in Melbourne, Australien, produzierte und analysierte ein Wasserstoff verbrauchendes Enzym aus einem gewöhnlichen Bodenbakterium.

Jüngere Arbeiten des Teams haben gezeigt, dass viele Bakterien in nährstoffarmen Umgebungen Wasserstoff aus der Atmosphäre als Energiequelle nutzen. „Wir wissen schon seit einiger Zeit, dass Bakterien die Wasserstoffspuren in der Luft als Energiequelle nutzen können, um zu wachsen und zu überleben, auch in antarktischen Böden, Vulkankratern und in der Tiefsee“, so Professor Greening. „Aber wir wussten nicht, wie sie das machen – bis jetzt“.

In diesem Nature-Artikel extrahierten die Forscher das Enzym, das für die Nutzung von atmosphärischem Wasserstoff verantwortlich ist, aus einem Bakterium namens Mycobacterium smegmatis. Sie zeigten, dass dieses Enzym, Huc genannt, Wasserstoffgas in elektrischen Strom umwandelt. Dr. Grinter bemerkt: „Huc ist außerordentlich effizient. Im Gegensatz zu allen anderen bekannten Enzymen und chemischen Katalysatoren verbraucht es sogar Wasserstoff unterhalb des atmosphärischen Niveaus – nur 0,00005 % der Luft, die wir atmen.“

Die Forscher setzten mehrere hochmoderne Methoden ein, um den molekularen Bauplan der atmosphärischen Wasserstoffoxidation zu entschlüsseln. Sie setzten fortschrittliche Mikroskopie (Kryo-EM) ein, um die atomare Struktur und die elektrischen Bahnen zu bestimmen, und stießen dabei an die Grenzen, um die am besten aufgelöste Enzymstruktur zu erhalten, die bisher mit dieser Methode beschrieben wurde. Außerdem wendeten sie eine Technik namens Elektrochemie an, um nachzuweisen, dass das gereinigte Enzym bei geringsten Wasserstoffkonzentrationen Elektrizität erzeugt.

Die von Kropp durchgeführten Laborarbeiten zeigen, dass es möglich ist, gereinigtes Huc über lange Zeiträume zu lagern. „Es ist erstaunlich stabil. Es ist möglich, das Enzym einzufrieren oder auf 80 Grad Celsius zu erhitzen, und es behält seine Fähigkeit, Energie zu erzeugen“, so Kropp. „Das zeigt, dass dieses Enzym Bakterien hilft, in den extremsten Umgebungen zu überleben. „

Huc ist eine „natürliche Batterie“, die aus Luft oder zugesetztem Wasserstoff einen anhaltenden elektrischen Strom erzeugt. Obwohl sich diese Forschung noch in einem frühen Stadium befindet, birgt die Entdeckung von Huc ein beträchtliches Potenzial für die Entwicklung kleiner luftbetriebener Geräte, zum Beispiel als Alternative zu solarbetriebenen Geräten.

Die Bakterien, die Enzyme wie Huc produzieren, sind weit verbreitet und können in großen Mengen gezüchtet werden, was bedeutet, dass wir Zugang zu einer nachhaltigen Quelle des Enzyms haben. Laut Dr. Grinter besteht ein wichtiges Ziel der künftigen Arbeit darin, die Huc-Produktion zu steigern. „Wenn wir Huc erst einmal in ausreichenden Mengen produziert haben, sind der Nutzung zur Erzeugung sauberer Energie buchstäblich keine Grenzen mehr gesetzt.“