Een piepkleine bodembacterie, die zo robuust is dat hij kan overleven in onder meer vulkanen en de diepzee, heeft het potentieel om een nieuwe energiebron op kleine schaal te worden.
Dat concludeert een groep Australische onderzoekers, die een enzym in de bacterie bestudeerden dat elektriciteit kan opwekken op basis van lucht. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature.
Het enzym, dat de onderzoekers ‘Huc’ hebben gedoopt, wordt door de bacterie Mycobacterium smegmatis gebruikt om energie uit waterstof in de atmosfeer te halen. Daardoor kan de bacterie overleven in extreme en voedselarme gebieden, zoals onder het kilometers dikke ijs van Antarctica.
Dankzij dit natuurlijke proces in de snelgroeiende bacterie hebben de onderzoekers een potentiële bron ontdekt om elektriciteit op te wekken voor kleine elektrische apparaten, zoals digitale horloges en rekenmachines.
Ze wisten al langer dat veel bacteriën waterstof uit de atmosfeer gebruiken om te groeien en te overleven in energiearme omgevingen. Maar het was niet duidelijk hoe – tot nu.
In het onderzoek zoomden de wetenschappers in op de bacterie Mycobacterium smegmatis, die vaak in het laboratorium wordt gebruikt om de celstructuur van de ziekteverwekkende verwant Mycobacterium tuberculosis te onderzoeken.
De onderzoekers isoleerden het Huc-enzym eerst met behulp van chromotografie. Vervolgens bestudeerden ze de atomaire structuur van het enzym met de Nobelprijswinnende techniek cryo-elektronenmicroscopie, waarbij het enzym wordt bevroren.
Bewaren en bevriezen
Het onderzoeksteam ontdekte dat het Huc-enzym in het midden een structuur heeft met elektrisch geladen nikkel- en ijzerionen. Als de waterstofmoleculen, die uit twee protonen en twee elektronen bestaan, het enzym binnenkomen, worden ze gevangen tussen de nikkel- en ijzerionen en ‘beroofd’ van hun elektronen. Daarna stuurt het enzym de elektronen verder. Dat proces wekt stroom op.
‘De elektronen worden door Huc geabsorbeerd en overgebracht naar het oppervlak van het enzym,’ zegt onderzoeksleider Rhys Grinter, microbioloog bij Monash University in Australië tegen het medium Live Science. ‘Als we Huc immobiliseren op een elektrode, kunnen de elektronen vanaf het oppervlak van het enzym een elektrisch circuit binnengaan en een elektrische stroom genereren.’
Uit verdere experimenten bleek dat het enzym bestand is tegen hitte tot 80 °C en tegen bevriezing. Ook kan het waterstof in zeer lage concentraties verbruiken.
Hoewel de experimenten met en het inzicht in Huc zich nog in een vroeg stadium bevinden, denken de onderzoekers zelf dat de kleine speler een groot potentieel heeft om stroom op te wekken voor kleine elektrische apparaten en zelfs een alternatief kan worden voor apparaten op zonne-energie.