Los científicos de la Universidad de Indiana han creado un biomaterial altamente eficiente que cataliza la formación de hidrógeno, la mitad del "santo grial" de dividir el H2O para producir hidrógeno y oxígeno para alimentar automóviles baratos y eficientes que funcionan con agua.

Una enzima modificada que gana fuerza al estar protegida dentro de la capa de proteína, o "cápside", de un virus bacteriano, este nuevo material es 150 veces más eficaz que la forma inalterada de la enzima.

El proceso de creación del material se informó recientemente en "Catalizadores biomoleculares de autoensamblaje para la producción de hidrógeno" en la revista Química de la naturaleza .

"Esencialmente, hemos tomado la capacidad de un virus para autoensamblar innumerables bloques de construcción genéticos e incorporamos una enzima muy frágil y sensible con la notable propiedad de absorber protones y escupir gas hidrógeno, "dijo Trevor Douglas, el Profesor Earl Blough de Química en el Departamento de Química de la Facultad de Artes y Ciencias de IU Bloomington, quien dirigió el estudio. "El resultado final es una partícula parecida a un virus que se comporta igual que un material altamente sofisticado que cataliza la producción de hidrógeno".

Otros científicos de IU que contribuyeron a la investigación fueron Megan C. Thielges, profesor asistente de química; Ethan J. Edwards, un doctorado estudiante; y Paul C. Jordan, investigador postdoctoral en Alios BioPharma, quien era un Ph.D. de IU. estudiante en el momento del estudio.

El material genético utilizado para crear la enzima, hidrogenasa es producido por dos genes de la bacteria común Escherichia coli, insertado dentro de la cápside protectora utilizando métodos previamente desarrollados por estos científicos de IU. Los genes hyaA y hyaB, son dos genes de E. coli que codifican subunidades clave de la enzima hidrogenasa. La cápside proviene del virus bacteriano conocido como bacteriófago P22.

El biomaterial resultante, llamado "P22-Hyd, “No solo es más eficiente que la enzima inalterada, sino que también se produce mediante un simple proceso de fermentación a temperatura ambiente.

El material es potencialmente mucho menos costoso y más ecológico de producir que otros materiales que se utilizan actualmente para crear pilas de combustible. El costoso y raro platino de metal, por ejemplo, se utiliza habitualmente para catalizar hidrógeno como combustible en productos como los coches de concepto de alta gama.

"Este material es comparable al platino, excepto que es verdaderamente renovable, "Dijo Douglas." No es necesario extraerlo; puede crearlo a temperatura ambiente a gran escala utilizando tecnología de fermentación; es biodegradable. Es un proceso muy ecológico para hacer un material sostenible de muy alta calidad ".

Además, P22-Hyd rompe los enlaces químicos del agua para crear hidrógeno y también funciona a la inversa para recombinar hidrógeno y oxígeno para generar energía. "La reacción funciona en ambos sentidos:se puede utilizar como catalizador de producción de hidrógeno o como catalizador de pila de combustible, "Dijo Douglas.

La forma de hidrogenasa es una de las tres presentes en la naturaleza:di-hierro (FeFe) -, solo hierro (solo Fe) y níquel-hierro (NiFe) -hidrogenasa. La tercera forma fue seleccionada para el nuevo material debido a su capacidad para integrarse fácilmente en biomateriales y tolerar la exposición al oxígeno.

NiFe-hidrogenasa también gana una resistencia significativamente mayor tras la encapsulación a la degradación de los productos químicos en el medio ambiente, y conserva la capacidad de catalizar a temperatura ambiente. NiFe-hidrogenasa inalterada, por el contrario, es muy susceptible a la destrucción de los productos químicos en el medio ambiente y se degrada a temperaturas superiores a la temperatura ambiente, lo que hace que la enzima desprotegida sea una mala elección para su uso en la fabricación y productos comerciales como los automóviles.

Estas sensibilidades son "algunas de las razones clave por las que las enzimas no han cumplido previamente su promesa en tecnología, "Dijo Douglas. Otra es su dificultad para producir.

"Nadie ha tenido nunca una forma de crear una cantidad suficientemente grande de esta hidrogenasa a pesar de su increíble potencial para la producción de biocombustible. Pero ahora tenemos un método para estabilizar y producir grandes cantidades del material, y enormes aumentos en la eficiencia. " él dijo.

El desarrollo es muy significativo según Seung-Wuk Lee, profesor de bioingeniería en la Universidad de California-Berkeley, que no formaba parte del estudio.

"El grupo de Douglas ha estado liderando el desarrollo de nanomateriales basados ​​en proteínas o virus durante las últimas dos décadas. Este es un nuevo trabajo pionero para producir combustibles verdes y limpios para abordar el problema energético del mundo real que enfrentamos hoy y tener un impacto inmediato en nuestra vida en un futuro próximo, "dijo Lee, cuyo trabajo ha sido citado en un informe del Congreso de los EE. UU. sobre el uso de virus en la fabricación.

Más allá del nuevo estudio, Douglas y sus colegas continúan creando P22-Hyd en un ingrediente ideal para la energía del hidrógeno al investigar formas de activar una reacción catalítica con la luz solar. en lugar de introducir elecciones utilizando métodos de laboratorio.

"La incorporación de este material en un sistema de energía solar es el siguiente paso, "Dijo Douglas.