Los científicos descubren una enzima que convierte el aire en energía, desbloqueando una nueva fuente de energía potencial

Los científicos que estudian una prima bacteriana que causa la tuberculosis y la lepra han descubierto una enzima que convierte el hidrógeno en electricidad, que creen que podría usarse para crear una nueva fuente de energía limpia a partir del aire.

La enzima, llamada Huc, es utilizada por M. smegmatis para recolectar energía del hidrógeno atmosférico, lo que le permite sobrevivir en ambientes extremos y pobres en nutrientes.

Ahora, los investigadores dicen que al extraer y estudiar la enzima, han descubierto una nueva fuente de energía que podría usarse para alimentar una variedad de dispositivos electrónicos pequeños y portátiles.Publicaron sus hallazgos el 8 de marzo en la revista Nature. (se abre en una nueva pestaña).

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«Imaginamos que una fuente de alimentación que incorpore el Huc podría usar aire para alimentar una variedad de pequeños dispositivos portátiles, incluidos sensores biométricos, monitores ambientales, relojes digitales y calculadoras o computadoras simples», dijo el autor principal, Rhys Grinter. (se abre en una nueva pestaña)Un microbiólogo de la Universidad Monash de Australia le dijo a WordsSideKick.com por correo electrónico.

«Cuando alimentas al Huc con hidrógeno más concentrado, genera más corriente», dijo. «Eso significa que podría usarlo en una celda de combustible para alimentar un dispositivo más complejo, como un reloj inteligente o un teléfono inteligente, una computadora más portátil y compleja, tal vez incluso un automóvil».

Mycobacterium smegmatis es una bacteria no patógena de crecimiento rápido que se usa comúnmente en el laboratorio para estudiar la estructura de la pared celular de su pariente patógeno, Mycobacterium tuberculosis. Se sabe desde hace mucho tiempo que Mycobacterium smegmatis, omnipresente en los suelos de todo el mundo, convierte pequeñas cantidades de hidrógeno en el aire en energía; de esta manera, dicen los investigadores, el microbio puede sobrevivir en los entornos más duros, incluidos los suelos antárticos, los respiraderos volcánicos y las profundidades del océano, donde se encuentran pocos otros combustibles.

Pero cómo M. smegmatis hace esto sigue siendo un misterio general hasta ahora.

Para investigar la química detrás de las asombrosas habilidades de M. smegmatis, los científicos primero aislaron la enzima Huc responsable del proceso mediante cromatografía, una técnica de laboratorio que permite a los científicos separar los componentes de una mezcla. Luego usaron microscopía crioelectrónica para estudiar la estructura atómica de la enzima, una técnica que le valió a su creador el Premio Nobel de Química 2017. Al hacer brillar haces de electrones en muestras congeladas de Huc recolectadas de M. smegmatis, los investigadores trazaron un mapa de la estructura atómica de la enzima y la vía eléctrica que utiliza para transportar electrones y crear una corriente eléctrica.

El equipo descubrió que en el centro de Huc hay una estructura, llamada sitio activo, que contiene iones de hierro y níquel cargados. Una vez que las moléculas de hidrógeno (que consisten en dos protones y dos electrones) ingresan al sitio activo, quedan atrapadas entre los iones de níquel y hierro y pierden sus electrones. Luego, la enzima envía estos electrones a la corriente que fluye para crear una corriente eléctrica.

«Los electrones son absorbidos por el Huc (específicamente, los iones de níquel) y transferidos a la superficie del Huc (a través de los cables moleculares formados por los grupos de iones de hierro y azufre)», dijo Grinter. «Si inmovilizamos Huc en un electrodo, los electrones pueden ingresar al circuito desde la superficie de la enzima y generar una corriente».

Otros experimentos demostraron que la enzima Huc aislada se puede almacenar durante largos períodos de tiempo, que persiste cuando se congela o se calienta a 176 grados Fahrenheit (80 grados Celsius) y que puede consumir hidrógeno gaseoso en concentraciones tan pequeñas como el 0,00005 por ciento de esas en el aire que respiramos. Estas propiedades, junto con la ubicuidad del microbio y la facilidad de crecimiento, pueden convertir a la enzima en un candidato ideal para la energía de las baterías orgánicas, dijeron los investigadores.

«El Huc puede extraer energía del hidrógeno en el aire, que es prácticamente ilimitada», dijo Grinter. “La generación de energía a partir de bajas concentraciones de hidrógeno en el aire será modesta. Esto limitará la aplicación del Huc en este caso a dispositivos que requieran una carga pequeña pero continua. El uso complementario del Huc estará en el suministro de concentraciones más altas. de hidrógeno en la pila de combustible».