Neuer Protein-Nanobioreaktor zur Verbesserung der nachhaltigen Bioenergieproduktion

Reprogrammierung bakterieller Proteinorganellen als Nanoreaktor für die Wasserstoffproduktion

04.11.2020 - Großbritannien

Forscher an der Universität Liverpool haben neue Möglichkeiten für die zukünftige Entwicklung nachhaltiger, sauberer Bioenergie erschlossen. Die Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigt, wie bakterielle Protein-'Käfige' zu nanoskaligen Bioreaktoren für die Wasserstoffproduktion umprogrammiert werden können.

Professor Luning Liu

Illustration eines Carboxysoms und von Enzymen.

Das Carboxysom ist eine spezialisierte bakterielle Organelle, die das essentielle CO2-fixierende Enzym Rubisco in eine virusähnliche Proteinhülle einkapselt. Die natürlich gestaltete Architektur, die Semipermeabilität und die katalytische Verbesserung des Carboxysoms haben das rationale Design und die Konstruktion neuer Nanomaterialien inspiriert, um verschiedene Enzyme in die Hülle einzubauen und so die katalytische Leistung zu verbessern.

Der erste Schritt in der Studie bestand darin, dass Forscher spezifische genetische Elemente in das Industriebakterium E. coli einbauten, um leere Carboxysomenhüllen herzustellen. Außerdem identifizierten sie einen kleinen "Linker" - ein so genanntes Verkapselungspeptid -, der in der Lage ist, externe Proteine in die Hülle zu lenken.

Der extrem sauerstoffempfindliche Charakter von Hydrogenasen (Enzyme, die die Erzeugung und Umwandlung von Wasserstoff katalysieren) ist ein seit langem bekanntes Problem für die Wasserstoffproduktion in Bakterien, weshalb das Team Methoden entwickelte, um katalytisch aktive Hydrogenasen in die leere Hülle einzubauen.

Projektleiter Professor Luning Liu, Professor für mikrobielle Bioenergetik und Bioingenieurwesen am Institut für System-, Molekular- und Integrative Biologie, sagte dazu, dass das Team Methoden entwickelt habe, um katalytisch aktive Hydrogenasen in die leere Schale einzubauen: "Unser neu konzipierter Bioreaktor ist ideal für sauerstoffempfindliche Enzyme und stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Entwicklung und Herstellung einer Biofabrik für die Wasserstoffproduktion dar.

In Zusammenarbeit mit Professor Andy Cooper in der Materials Innovation Factory (MIF) an der Universität testeten die Forscher dann die Wasserstoff-Produktionsaktivitäten der Bakterienzellen und der biochemisch isolierten Nanobioreaktoren. Der Nanobioreaktor erreichte eine ~550%ige Verbesserung der Wasserstoff-Produktionseffizienz und eine grössere Sauerstoff-Toleranz im Gegensatz zu den Enzymen ohne Schaleneinkapselung.

"Der nächste Schritt für unsere Forschung ist die Beantwortung der Frage, wie wir das Verkapselungssystem weiter stabilisieren und die Ausbeuten verbessern können", sagte Professor Liu. "Wir freuen uns auch, dass diese technische Plattform uns die Tür öffnet, um in zukünftigen Studien eine Vielzahl von synthetischen Fabriken zu schaffen, in denen verschiedene Enzyme und Moleküle für kundenspezifische Funktionen verkapselt werden können".

Erstautor, Doktorand Tianpei Li, sagte: "Aufgrund des Klimawandels besteht die dringende Notwendigkeit, den Ausstoß von Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe zu reduzieren. Unsere Studie ebnet den Weg für die Entwicklung von Nanoreaktoren auf der Basis von Carboxysomenschalen zur Rekrutierung spezifischer Enzyme und öffnet die Tür für neue Möglichkeiten zur Entwicklung nachhaltiger, sauberer Bioenergie.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft

Diese Produkte könnten Sie interessieren

Biostat STR

Biostat STR von Sartorius

Biostat STR Bioreaktoren der Generation 3

Entwickelt für ultimative Upstream-Leistung

Bioreaktoren
Ambr® 250 Modular

Ambr® 250 Modular von Sartorius

Mini-Bioreaktoren für Zell- und Gentherapien mit hoher Skalierbarkeit

Maximieren Sie Ihre Prozessentwicklung mit zuverlässigen Einweg-Gefäßen

Bioreaktoren
Ambr® 250 HT Consumables

Ambr® 250 HT Consumables von Sartorius

Effiziente Bioprozesse mit Einweg-Bioreaktoren

Minimieren Sie Reinigungsaufwand und maximieren Sie Flexibilität für Zell- und Mikrobiolkulturen

Bioreaktoren
Brooks Instrument SLA Biotech-Serie

Brooks Instrument SLA Biotech-Serie von Brooks Instrument

Steuern Sie Bioprozesse effizient und präzise mit Durchflussreglern für Biotechnologie-Anwendungen

Die SLA Biotech-Serie ist speziell auf die Anforderungen in Bioprozessen hin entwickelt worden

Massendurchflussregler
SLAMf Biotech-Serie Massendurchflussregler

SLAMf Biotech-Serie Massendurchflussregler von Brooks Instrument

SLAMf Durchflussregler mit robustem Gehäuse (IP66 / NEMA 4X)

Spezielle Ausstattung für Biotech-Prozessanlagen, geeignet für Spritzwasser und Hochdruckreinigung

Massendurchflussregler
Flexcell Systems

Flexcell Systems von Dunn

Flexcell Zelldehnungsbioreaktoren für zelluläre Biomechanik-Anwendungen

Weltweit in über 1300 Laboratorien eingesetzt und in über 4000 Forschungspublikationen zitiert

Bioreaktoren
Loading...

Meistgelesene News

Weitere News von unseren anderen Portalen

Heiß, kalt, heiß, kalt -
das ist PCR!