Menuju fotosintesis buatan dengan rekayasa kristal protein pada bakteri

25 Juli 2023 (Berita Nanowerk) Rekayasa dalam sel dapat menjadi alat yang ampuh untuk mensintesis kristal protein fungsional dengan sifat katalitik yang menjanjikan, ungkap para peneliti di Tokyo Tech. Menggunakan bakteri yang dimodifikasi secara genetik sebagai platform sintesis yang ramah lingkungan, para peneliti menghasilkan katalis padat hibrida untuk fotosintesis buatan. Katalis ini menunjukkan aktivitas tinggi, stabilitas, dan daya tahan, menyoroti potensi pendekatan inovatif yang diusulkan. Kristal protein, seperti kristal biasa, adalah struktur molekul yang tertata dengan baik dengan beragam sifat dan potensi penyesuaian yang sangat besar. Mereka dapat berkumpul secara alami dari bahan yang ditemukan di dalam sel, yang tidak hanya sangat mengurangi biaya sintesis tetapi juga mengurangi dampak lingkungannya. Meskipun kristal protein menjanjikan sebagai katalis karena dapat menampung berbagai molekul fungsional, teknik saat ini hanya memungkinkan perlekatan molekul kecil dan protein sederhana. Dengan demikian, sangat penting untuk menemukan cara untuk menghasilkan kristal protein yang mengandung enzim alami dan molekul fungsional sintetik untuk memanfaatkan potensi penuh mereka untuk imobilisasi enzim. Dengan latar belakang ini, tim peneliti dari Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) yang dipimpin oleh Profesor Takafumi Ueno telah mengembangkan strategi inovatif untuk menghasilkan katalis padat hibrida berdasarkan kristal protein. Seperti yang dijelaskan dalam makalah mereka yang diterbitkan di Nano Letters (“Rekayasa Dalam Sel Kristal Protein Menjadi Katalis Padat Hibrida untuk Fotosintesis Buatan”), pendekatan mereka menggabungkan rekayasa dalam sel dan sederhana in vitro proses untuk menghasilkan katalis untuk fotosintesis buatan. Bahan penyusun katalis hibrida adalah monomer protein yang berasal dari virus yang menginfeksi ulat sutera Bombyx mori. Para peneliti memperkenalkan gen yang mengkode protein ini ke dalam Escherichia coli bakteri, di mana monomer yang dihasilkan membentuk trimer yang, pada gilirannya, secara spontan berkumpul menjadi kristal polihedra (PhCs) yang stabil dengan mengikat satu sama lain melalui N-terminal α-helix (H1). Selain itu, para peneliti memperkenalkan versi modifikasi gen format dehydrogenase (FDH) dari spesies ragi ke dalam E. coli genom. Gen ini menyebabkan bakteri menghasilkan enzim FDH dengan terminal H1, yang mengarah ke pembentukan hibrida kristal di dalam sel. Tim mengekstraksi kristal hibrida dari E. coli bakteri melalui sonikasi dan sentrifugasi gradien, dan merendamnya dalam larutan yang mengandung fotosensitizer buatan yang disebut eosin Y (EY). Akibatnya, monomer protein, yang telah dimodifikasi secara genetik sedemikian rupa sehingga saluran sentralnya dapat menampung molekul eosin Y, memfasilitasi pengikatan EY yang stabil ke kristal hibrida dalam jumlah besar. Melalui proses yang cerdik ini, tim berhasil menghasilkan EY yang sangat aktif, dapat didaur ulang, dan stabil secara termal. katalis yang dapat mengubah karbon dioksida (CO2) menjadi format (HCOO-) setelah terpapar cahaya, meniru fotosintesis. Selain itu, mereka mempertahankan 94.4% aktivitas katalitiknya setelah imobilisasi dibandingkan dengan enzim bebas. “Efisiensi konversi dari kristal hibrida yang diusulkan jauh lebih tinggi daripada senyawa yang dilaporkan sebelumnya untuk fotosintesis buatan enzimatik berdasarkan FDH,” Prof. Ueno menyoroti. “Selain itu, PhC hibrida tetap dalam keadaan rakitan protein padat setelah menahan keduanya in vivo dan in vitro proses rekayasa, menunjukkan kapasitas mengkristal yang luar biasa dan plastisitas yang kuat dari PhCs sebagai perancah enkapsulasi.” Secara keseluruhan, penelitian ini menampilkan potensi bioteknologi dalam memfasilitasi sintesis material fungsional yang kompleks. “Kombinasi dari in vivo dan in vitro teknik enkapsulasi kristal protein kemungkinan akan memberikan strategi yang efektif dan ramah lingkungan untuk penelitian di bidang bahan nano dan fotosintesis buatan,” tutup Prof. Ueno.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63394.php