Pesquisadores da Universidade de Liverpool descobriram novas possibilidades para o desenvolvimento futuro de bioenergia limpa e sustentável. O estudo, publicado na Nature Communications, mostra como ‘gaiolas’ de proteínas bacterianas podem ser reprogramadas como biorreatores em nanoescala para produção de hidrogênio.
O carboxissomo é uma organela bacteriana especializada que encapsula a enzima fixadora de CO2 essencial em uma casca de proteína semelhante a um vírus. A arquitetura projetada naturalmente, a semipermeabilidade e o aprimoramento catalítico dos carboxissomos inspiraram o projeto racional e a engenharia de novos nanomateriais para incorporar diferentes enzimas na casca para melhorar o desempenho catalítico.
A primeira etapa do estudo envolveu pesquisadores instalando elementos genéticos específicos na bactéria industrial E. Coli para produzir cascas de carboxissomos vazias. Eles identificaram ainda um pequeno ‘linker’ – chamado de peptídeo de encapsulação – capaz de direcionar proteínas externas para a casca.
O caráter extremamente sensível ao oxigênio das hidrogenases (enzimas que catalisam a geração e conversão de hidrogênio) é um problema antigo para a produção de hidrogênio em bactérias, então a equipe desenvolveu métodos para incorporar hidrogenases cataliticamente ativas na casca vazia.
O líder do projeto, Professor Luning Liu, Professor de Bioenergética Microbiana e Bioengenharia do Instituto de Sistemas, Biologia Molecular e Integrativa, disse: “Nosso biorreator recém-projetado é ideal para enzimas sensíveis ao oxigênio e marca um passo importante para ser capaz de desenvolver e produzir uma biofábrica para produção de hidrogênio.”
Em colaboração com o professor Andy Cooper da Materials Innovation Factory (MIF) da Universidade, os pesquisadores testaram as atividades de produção de hidrogênio das células bacterianas e dos nanobiorreatores isolados bioquimicamente. O nanobiorreator alcançou uma melhoria de ~ 550% na eficiência de produção de hidrogênio e uma maior tolerância ao oxigênio em contraste com as enzimas sem encapsulamento.
“O próximo passo para nossa pesquisa é responder como podemos estabilizar ainda mais o sistema de encapsulamento e melhorar os rendimentos”, disse o professor Liu. “Também estamos entusiasmados que esta plataforma técnica abra a porta para nós, em estudos futuros, criarmos uma gama diversificada de fábricas sintéticas para envolver várias enzimas e moléculas para funções personalizadas.”
Primeiro autor, Ph.D. O estudante Tianpei Li disse: “Devido às mudanças climáticas, há uma necessidade urgente de reduzir a emissão de dióxido de carbono da queima de combustíveis fósseis. Nosso estudo abre caminho para a engenharia de nanorreatores baseados em concha de carboxissomo para recrutar enzimas específicas e abrir a porta para novas possibilidades para o desenvolvimento de bioenergia limpa e sustentável”.
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