Către fotosinteza artificială cu ingineria cristalelor de proteine ​​din bacterii

25 iulie 2023 (Știri Nanowerk) Ingineria în celule poate fi un instrument puternic pentru sintetizarea cristalelor de proteine ​​funcționale cu proprietăți catalitice promițătoare, arată cercetătorii de la Tokyo Tech. Folosind bacterii modificate genetic ca platformă de sinteză ecologică, cercetătorii au produs catalizatori solizi hibrizi pentru fotosinteza artificială. Acești catalizatori prezintă activitate ridicată, stabilitate și durabilitate, evidențiind potențialul abordării inovatoare propuse. Cristalele de proteine, ca și cristalele obișnuite, sunt structuri moleculare bine ordonate, cu proprietăți diverse și un potențial imens de personalizare. Ele se pot asambla în mod natural din materialele găsite în celule, ceea ce nu numai că reduce foarte mult costurile de sinteză, ci și impactul lor asupra mediului. Deși cristalele de proteine ​​sunt promițătoare ca catalizatori, deoarece pot găzdui diverse molecule funcționale, tehnicile actuale permit doar atașarea moleculelor mici și a proteinelor simple. Astfel, este imperativ să se găsească modalități de a produce cristale de proteine ​​purtând atât enzime naturale, cât și molecule funcționale sintetice pentru a-și valorifica întregul potențial de imobilizare a enzimelor. În acest context, o echipă de cercetători de la Institutul de Tehnologie din Tokyo (Tokyo Tech) condusă de profesorul Takafumi Ueno a dezvoltat o strategie inovatoare pentru a produce catalizatori solizi hibrizi pe baza de cristale de proteine. După cum se explică în lucrarea lor publicată în Nano Scrisori („Ingineria în celulă a cristalelor de proteine ​​în catalizatori solizi hibridi pentru fotosinteză artificială”), abordarea lor combină ingineria în celulă și o simplă in vitro proces de producere a catalizatorilor pentru fotosinteza artificială. Elementul de construcție al catalizatorului hibrid este un monomer proteic derivat dintr-un virus care infectează viermele de mătase Bombyx mori. Cercetătorii au introdus gena care codifică această proteină în Escherichia coli bacterii, unde monomerii produși au format trimeri care, la rândul lor, s-au asamblat spontan în cristale poliedre stabile (PhC) prin legarea între ele prin α-helix-ul lor N-terminal (H1). În plus, cercetătorii au introdus o versiune modificată a genei formiat dehidrogenazei (FDH) dintr-o specie de drojdie în E. coli genomului. Această genă a determinat bacteriile să producă enzime FDH cu terminale H1, ducând la formarea hibridului cristale din interiorul celulelor. Echipa a extras cristalele hibride din E. coli bacterii prin sonicare și centrifugare în gradient și le-a înmuiat într-o soluție care conține un fotosensibilizant artificial numit eozină Y (EY). Ca rezultat, monomerii proteici, care au fost modificați genetic astfel încât canalul lor central să poată găzdui o moleculă de eozină Y, au facilitat legarea stabilă a EY de cristalul hibrid în cantități mari. Prin acest proces ingenios, echipa a reușit să producă EY· extrem de activ, reciclabil și stabil termic. catalizatori care pot transforma dioxidul de carbon (CO2) în format (HCOO-) la expunerea la lumină, mimând fotosinteza. În plus, ei și-au menținut 94.4% din activitatea lor catalitică după imobilizare, comparativ cu cea a enzimei libere. „Eficiența de conversie a cristalului hibrid propus a fost cu un ordin de mărime mai mare decât cea a compușilor raportați anterior pentru fotosinteza artificială enzimatică bazată pe FDH”, subliniază prof. Ueno. „Mai mult, PhC hibrid a rămas în starea de asamblare a proteinei solide după ce le-a suportat pe ambele in vivo și in vitro procese de inginerie, demonstrând capacitatea remarcabilă de cristalizare și plasticitatea puternică a PhCs ca schele de încapsulare.” În general, acest studiu prezintă potențialul bioingineriei în facilitarea sintezei materialelor funcționale complexe. „Combinația de in vivo și in vitro tehnicile de încapsulare a cristalelor de proteine ​​vor oferi probabil o strategie eficientă și prietenoasă cu mediul pentru cercetare în domeniile nanomaterialelor și fotosintezei artificiale”, conchide prof. Ueno.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. Automobile/VE-uri, carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• BlockOffsets. Modernizarea proprietății de compensare a mediului. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63394.php