Nya enzymer för hållbar vätgasframställning

2 oktober 2019

Vätgas är en lovande bärare av energi från förnybara källor såsom sol- vind- och vågenergi, men för att kunna användas som bränsle på stor skala krävs nya innovativa metoder för dess framställning. I en artikel i tidskriften Chemical Science presenterar nu forskare vid Uppsala universitet en metod för att hitta de bästa möjliga kandidaterna i naturen för hållbar vätgasframställning.

Vätgas kan ses som ett helt rent bränsle då det vid förbränning i en motor endast bildar vatten som biprodukt. Den mest använda metoden för vätgasframställning idag använder dock naturgas som råvara och släpper ut koldioxid under processens gång.

– Till skillnad från människan så har naturen utvecklat en väl fungerande vätgasekonomi där en hel repertoar av mikroorganismer kan producera och förbränna vätgas med hög effektivitet, genom att utnyttja så kallade hydrogenasenzymer. Om vi vill utnyttja dessa unika enzymer för bioteknologisk vätgasproduktion måste vi identifiera de som är bäst lämpade för våra ändamål, säger Henrik Land, postdoktor vid institutionen för kemi-Ångström och huvudförfattare till den nyligen publicerade artikeln.

Hitta nya vätgasframställande enzymer

Forskarna vid Uppsala universitet har tidigare utvecklat en metod för att producera ett aktivt järn-järn-hydrogenas i genetiskt modifierade E. coli-bakterier. Det är denna metod som forskarna nu har vidareutvecklat för att snabbt kunna hitta nya lovande järn-järn-hydrogenaser från naturens alla hörn med hjälp av DNA-information från organismer med förmåga att omsätta vätgas.

– Vi kan nu välja ett större antal potentiella järn-järn-hydrogenaser som vi med hög effektivitet kan introducera i våra genmodifierade bakterier och utvärdera med avseende på deras förmåga att producera vätgas. Efter detta kan vi även analysera de mest lovande kandidaterna med avancerade spektroskopiska tekniker, allt medan enzymerna fortfarande befinner sig i bakterierna. Detta innebär att vi inte behöver isolera enzymerna, något som har visat sig vara väldigt utmanande med enzymer från dessa oftast syrgaskänsliga organismer. Nu kan vi avsevärt skynda på processen att hitta nya vätgasframställande enzymer, säger Henrik Land.

Metoden ska vidareutvecklas

Studien har än så länge resulterat i två helt nya järn-järn-hydrogenaser och forskarna fortsätter nu arbetet med att vidareutveckla och tillämpa metoden på outforskade grenar av evolutionsträdet där man tidigare inte letat.

– Med den metod Henrik har utvecklat kan vi nu på ett effektivt sätt undersöka hydrogenaser från organismer som hittills har varit svåra, på gränsen till praktiskt omöjliga, att arbeta med. Det öppnar upp för att hitta enzymer med helt nya egenskaper och därmed expandera verktygslådan för bioteknologisk vätgasproduktion, säger gruppledaren Gustav Berggren, universitetslektor vid institutionen för kemi-Ångström.

 

Publikation

Artikeln “Discovery of Novel [FeFe]-Hydrogenases for Biocatalytic H2-production” publicerades i Chemical Science 23:e september 2019. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c9sc03717a#!divAbstract