Аэробное производство био-водорода

Было обнаружено, что штамм азот-фиксирующих океанских бактерий является микроорганизмом, производящим водород наиболее эффективно. Этот открытие приближавет возможность использования водорода в качестве топлива.

Исследователи из США, обнаружившие эффективный источник био-водорода, отмечают, что цианобактерии Cyanothece 51142 производит водород в аэробных условиях со скоростью в несколько раз большей, чем другие способные к фотосинтезу микроорганизмы.

Рис. 1. «Сырьем» для био-водорода, производимого клетками Cyanothece 51142, являются солнечная энергия, углекислый газ и/или глицерин. При свете дня происходит фиксация CO2 и синтез гликогена, который выступает в роли резервного полисахарида и источника электронов для получения водорода в темное время суток. (Рисунок из Nature Commun., 2010, DOI: 10.1038/ncomms1139).

Обычно микроорганизмы, производящие водород, выделяют это вещество только в анаэробных условиях. Это происходит из-за того, что ферменты, необходимые для производства водорода – нитрогеназа и/или гидрогеназа ингибируются кислородом. Изучив, как Cyanothece 51142 растет и связывает углекислый газ, исследователи предположили, что нитрогеназа этого микроорганизма ведет себя подозрительно, способствуя необычному выделению водорода в аэробных условиях – для исследователей было неожиданными производство бактерией водорода вне лабораторной системы, изолированной от атмосферного кислорода.

Оказалось, что бактерия Cyanothece 51142 способна вырабатывать водород в аэробных условиях благодаря тому, что контроль обмена веществ у этой молекулы определяется суточным ритмом. При свете дня происходит фиксация CO₂ и синтез гликогена, который выступает в роли резервного полисахарида и источника электронов для получения водорода в качестве «побочного продукта» связывания азота в аммиак в темное время суток. Несмотря на присутствие кислорода высокая скорость клеточного дыхания способствует создания в клетках анаэробного окружения, позволяющего функционировать нитрогеназе.

Попытки выяснить, как изменение условий влияет на производство водорода цианобактериями Cyanothece 51142, позволило установить, что микроорганизмы выделяют большее количество водорода в присутствии дополнительного источника углерода, например, глицерина (в настоящее время большое количество глицерина является просто отходами производства биотоплива). Дополнительный углерод увеличивает активность фермента-нитрогеназы.

Инкубация Cyanothece 51142 в обогащенной глицерином питательной среде (правда, в атмосфере аргона) позволила получить исследователям 467 мкмоль водорода на 1 мг хлорофилла, что на порядок превышает возможности микроорганизма, до настоящего времени бывшего рекордсменом по производству водорода.

Источник(и):

1. chemport.ru