Investigadores de la Universidad de Liverpool han abierto nuevas posibilidades para el desarrollo futuro de productos sostenibles, bioenergía limpia. El estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , muestra cómo las 'jaulas' de proteínas bacterianas se pueden reprogramar como biorreactores a nanoescala para la producción de hidrógeno.

El carboxisoma es un orgánulo bacteriano especializado que encapsula el CO esencial ₂ -fijando la enzima Rubisco en una capa de proteína similar a un virus. La arquitectura de diseño natural, semipermeabilidad, y la mejora catalítica de los carboxisomas han inspirado el diseño racional y la ingeniería de nuevos nanomateriales para incorporar diferentes enzimas en la capa para mejorar el rendimiento catalítico.

El primer paso del estudio involucró a investigadores que instalaban elementos genéticos específicos en la bacteria industrial. E. coli para producir conchas carboxysome vacías. Además, identificaron un pequeño "enlazador", llamado péptido de encapsulación, capaz de dirigir proteínas externas al interior del caparazón.

El carácter extremadamente sensible al oxígeno de las hidrogenasas (enzimas que catalizan la generación y conversión de hidrógeno) es un problema de larga data para la producción de hidrógeno en bacterias. por lo que el equipo desarrolló métodos para incorporar hidrogenasas catalíticamente activas en la cáscara vacía.

Profesor líder del proyecto Luning Liu, Catedrático de Bioenergética y Bioingeniería Microbiana en el Instituto de Sistemas, Biología Molecular e Integrativa, dijo:"Nuestro biorreactor de nuevo diseño es ideal para enzimas sensibles al oxígeno, y marca un paso importante para poder desarrollar y producir una biofábrica para la producción de hidrógeno ".

En colaboración con el profesor Andy Cooper en la Fábrica de Innovación de Materiales (MIF) de la Universidad, Luego, los investigadores probaron las actividades de producción de hidrógeno de las células bacterianas y los nanobiorreactores bioquímicamente aislados. El nanobiorreactor logró una mejora de ~ 550% en la eficiencia de producción de hidrógeno y una mayor tolerancia al oxígeno en contraste con las enzimas sin encapsulación de caparazón.

"El siguiente paso de nuestra investigación es responder cómo podemos estabilizar aún más el sistema de encapsulación y mejorar los rendimientos, ", dijo el profesor Liu." También estamos entusiasmados de que esta plataforma técnica nos abra la puerta, en estudios futuros, para crear una amplia gama de fábricas sintéticas para encerrar varias enzimas y moléculas para funciones personalizadas ".

Primer autor, Doctor. estudiante Tianpei Li, dijo:"Debido al cambio climático, Existe una necesidad imperiosa de reducir la emisión de dióxido de carbono por la quema de combustibles fósiles. Nuestro estudio allana el camino para la ingeniería de nanoreactores carboxysome basados ​​en la cáscara para reclutar enzimas específicas y abre la puerta a nuevas posibilidades para el desarrollo sostenible, bioenergía limpia ".