Hướng tới quang hợp nhân tạo với kỹ thuật tinh thể protein ở vi khuẩn

Hướng tới quang hợp nhân tạo với kỹ thuật tinh thể protein ở vi khuẩn

Dấu thời gian: 25:2023 chiều ngày 3 tháng 37 năm XNUMX
Nút nguồn: 2785120
25 thg 2023, XNUMX (Tin tức Nanowerk) Kỹ thuật trong tế bào có thể là một công cụ mạnh mẽ để tổng hợp các tinh thể protein chức năng với các đặc tính xúc tác đầy hứa hẹn, các nhà nghiên cứu tại Tokyo Tech cho thấy. Sử dụng vi khuẩn biến đổi gen làm nền tảng tổng hợp thân thiện với môi trường, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các chất xúc tác rắn lai cho quá trình quang hợp nhân tạo. Những chất xúc tác này thể hiện hoạt tính cao, tính ổn định và độ bền, làm nổi bật tiềm năng của phương pháp đổi mới được đề xuất. Các tinh thể protein, giống như các tinh thể thông thường, là các cấu trúc phân tử có trật tự tốt với các đặc tính đa dạng và có khả năng tùy biến rất lớn. Chúng có thể lắp ráp một cách tự nhiên từ các vật liệu có trong tế bào, điều này không chỉ làm giảm đáng kể chi phí tổng hợp mà còn giảm tác động đến môi trường. Mặc dù các tinh thể protein hứa hẹn sẽ là chất xúc tác vì chúng có thể chứa nhiều phân tử chức năng khác nhau, nhưng các kỹ thuật hiện tại chỉ cho phép gắn các phân tử nhỏ và protein đơn giản. Vì vậy, bắt buộc phải tìm cách sản xuất các tinh thể protein mang cả enzyme tự nhiên và các phân tử chức năng tổng hợp để khai thác tối đa tiềm năng cố định enzyme của chúng. Trong bối cảnh đó, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Tech) do Giáo sư Takafumi Ueno dẫn đầu đã phát triển một chiến lược đổi mới để sản xuất chất xúc tác rắn lai dựa trên tinh thể protein. Như đã giải thích trong bài báo của họ được xuất bản trên Chữ Nano (“Kỹ thuật trong tế bào biến tinh thể protein thành chất xúc tác rắn lai cho quá trình quang hợp nhân tạo”), cách tiếp cận của họ kết hợp kỹ thuật trong tế bào và một phương pháp đơn giản ống nghiệm quá trình sản xuất chất xúc tác cho quá trình quang hợp nhân tạo. Khối xây dựng của chất xúc tác lai là một monome protein có nguồn gốc từ một loại virus lây nhiễm vào tằm Bombyx mori. Các nhà nghiên cứu đã đưa gen mã hóa protein này vào Escherichia coli vi khuẩn, trong đó các monome được tạo ra hình thành các chất cắt, lần lượt, được lắp ráp một cách tự nhiên thành các tinh thể khối đa diện ổn định (PhC) bằng cách liên kết với nhau thông qua chuỗi xoắn α đầu N (H1) của chúng. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã đưa một phiên bản sửa đổi của gen formate dehydrogenase (FDH) từ một loài nấm men vào E. coli bộ gen. Gen này làm cho vi khuẩn sản xuất enzyme FDH có đầu H1 dẫn đến hình thành các gen lai tinh thể bên trong tế bào. Nhóm nghiên cứu đã chiết xuất các tinh thể lai ra khỏi E. coli vi khuẩn thông qua quá trình ly tâm siêu âm và gradient, rồi ngâm chúng trong dung dịch chứa chất nhạy quang nhân tạo có tên là eosin Y (EY). Kết quả là, các monome protein, đã được biến đổi gen sao cho kênh trung tâm của chúng có thể chứa phân tử eosin Y, đã tạo điều kiện cho EY liên kết ổn định với tinh thể lai với số lượng lớn. Thông qua quy trình khéo léo này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra được EY có hoạt tính cao, có thể tái chế và ổn định nhiệt· chất xúc tác có thể chuyển đổi carbon dioxide (CO2) thành dạng (HCOO-) khi tiếp xúc với ánh sáng, bắt chước quá trình quang hợp. Ngoài ra, chúng còn duy trì được 94.4% hoạt tính xúc tác sau khi cố định so với enzyme tự do. Giáo sư Ueno nhấn mạnh: “Hiệu suất chuyển đổi của tinh thể lai được đề xuất cao hơn nhiều so với các hợp chất được báo cáo trước đây cho quá trình quang hợp nhân tạo bằng enzym dựa trên FDH”. “Hơn nữa, PhC lai vẫn ở trạng thái lắp ráp protein rắn sau khi chịu đựng cả hai trong cơ thể và ống nghiệm quy trình kỹ thuật, thể hiện khả năng kết tinh vượt trội và độ dẻo mạnh của PhC như các giàn giáo đóng gói.” Nhìn chung, nghiên cứu này cho thấy tiềm năng của công nghệ sinh học trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổng hợp các vật liệu chức năng phức tạp. "Sự kết hợp của trong cơ thể và ống nghiệm Giáo sư Ueno kết luận: các kỹ thuật đóng gói tinh thể protein có thể sẽ cung cấp một chiến lược hiệu quả và thân thiện với môi trường cho nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu nano và quang hợp nhân tạo”.

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano