Syntetisk kemi och biologi i ny metod för effektivare vätgasframställning

Vätgas har länge framhållits som en lovande energibärare för framtidens teknik, men att utvinna gasen ur vatten har visat sig vara ineffektivt. I en artikel i tidskriften Energy and Environmental Science presenterar nu forskare vid Uppsala universitet en alternativ tvärvetenskaplig metod baserad på principer från naturen.

Metoden går ut på att föra in designade molekyler i genetisk modifierade organismer för att aktivera ett annars inaktivt enzym att börja producera vätgas. En kombination av syntetisk kemi och biologi med andra ord.

Det är möjligt att utvinna förnybar vätgas ur vatten, men systemen för detta är ännu begränsade. De enzymer som i naturen sköter tillverkningen av vätgas i bakterier och alger är de så kallade järn-järn-hydrogenaserna. Enzymerna har mycket hög kapacitet och har därför länge intresserat forskarna. De finns dock endast i specifika mikroorganismer som kräver speciella odlingsförhållanden, så därför har de hittills endast använts i småskaliga laboratorieförsök. Storskalig produktion av järn-järn hydrogenaser i bakterier som är relevanta för bioteknologiska applikationer har gett en inaktiv, oanvändbar form av enzymet.

Det är detta oanvändbara enzym som forskarna nu lyckats aktivera i genetiskt modifierade organismer, genom att kombinera det med designade syntetiska molekyler.

- Vi kan modifiera utvalda organismer genetiskt och föra in genen som kodar för enzymet i mer lätthanterliga bakterier för att sedan aktivera det med hjälp av våra syntetiska järnföreningar. Dessa artificiellt aktiverade enzymer har visat sig vara fullt funktionella och omvandlar E. coli-bakterier till cellulära vätgasfabriker, säger professor Peter Lindblad som tillsammans med forskarkollegan Gustav Berggren lett arbetet vid institutionen för Kemi-Ångström.

Forskarna arbetar nu vidare med att tillämpa tekniken i fotosyntetiska mikroorganismer som får sin energi ur solljus istället för bakterier som behöver en konstant tillförsel av näring. De vill också ytterligare förbättra de konstgjorda enzymerna på genetisk nivå och även modifiera de syntetiska katalysatorerna för att ytterligare bättra på processen.

- Om vi lyckas förfina metoden så som vi planerar har den potential att påtagligt underlätta biologisk framställning av vätgas från solljus och vatten, säger gruppledaren Gustav Berggren.

Artikeln In vivo activation of an [FeFe]-hydrogenase using synthetic cofactors publicerades i Energy and Environmental Science 11 april 2017.

För mer information, kontakta professor Peter Lindblad, tel: 070 425 0498 och Dr Gustav Berggren, tel: 073 633 2698.