اختصاصی تابناک باتو ــ محققانی که روی خویشاوندان باکتری‌های عامل سل و جذام مطالعه می‌کنند، آنزیمی را کشف کرده‌اند که هیدروژن را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. آن‌ها بر این باورند که می‌توان از هوای رقیق شده برای ایجاد یک منبع جدید و پاک انرژی استفاده کنند.
این آنزیم که Huc نام دارد، توسط باکتری مایکوباکتریوم اسمگماتیس برای جذب انرژی از هیدروژن اتمسفر استفاده می‌شود که آن را قادر می‌سازد تا در محیط‌های فاقد مواد مغذی حیات خود را ادامه دهد.
محققان پس از استخراج و مطالعه این آنزیم بیان داشتند که منبع انرژی جدیدی پیدا کرده اند که می‌تواند برای تامین انرژی طیفی از دستگاه‌های الکتریکی قابل حمل کوچک استفاده شود. آن‌ها یافته‌های خود را در ۸ مارس در مجله Nature منتشر کردند.
ریس گرینتر، نویسنده اصلی این مقاله و میکروبیولوژیست دانشگاه موناش استرالیا، می‌گوید: «ما بر این باور هستیم که یک منبع حاوی آنزیم Huc می‌تواند طیف وسیعی از دستگاه‌های کوچک قابل حمل از جمله حسگرهای بیومتریک، نمایشگرها، ساعت‌های دیجیتال و ماشین‌حساب‌ها یا رایانه‌های ساده را از طریق هوا تغذیه کند.»
او افزود: «وقتی غلظت بالایی از هیدروژن را در اختیار آنزیم Huc قرار دهید، جریان الکتریکی بیشتری تولید می‌کند. این بدان معناست که می‌توان از این آنزیم در سلول‌های سوختی به منظور تامین انرژی دستگاه‌های پیچیده‌تر مانند ساعت‌های هوشمند یا گوشی‌های هوشمند، رایانه‌های پیچیده‌تر و احتمالاً حتی یک خودرو استفاده کرد.»
M. smegmatis یک باکتری غیر بیماری زا و با رشد سریع است که اغلب در آزمایشگاه برای مطالعه ساختار دیواره سلولی باکتری خویشاوند نزدیک خود، یعنی مایکوباکتریوم توبرکلوزیس استفاده می‌شود. M. smegmatis که معمولاً در خاک سراسر جهان یافت می‌شود مدت‌هاست که برای تبدیل هیدروژن کمیاب موجود در هوا به انرژی قابل مصرف شناخته شده است. به گفته محققان، این میکروب می‌تواند در سخت‌ترین محیط‌ها، از جمله خاک‌های قطب جنوب، دهانه‌های آتشفشانی و اعماق اقیانوس‌ها که منبع تغذیه‌ی چندان زیادی در آن‌ها یافت نمی‌شود، زنده بماند؛ اما تا به حال، این که M. smegmatis چگونه این فرآیند را انجام می‌دهد، همچنان یک راز باقی مانده بود.
برای بررسی این توانایی باکتری M. smegmatis، دانشمندان ابتدا آنزیم Huc را که مسئول این فرآیند است با استفاده از کروماتوگرافی جدا کردند. تکنیک کروماتوگرافی یک تکنیک آزمایشگاهی است که دانشمندان را قادر می‌سازد تا اجزای یک مخلوط را از یکدگیر جدا کنند. سپس، آن‌ها ساختار اتمی آنزیم را با میکروسکوپ کرایو الکترونی بررسی کردند؛ تکنیکی که سازندگان آن برنده جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۱۷ شدند. محققان با ارسال الکترون‌ها به نمونه یخ‌زده آنزیم Huc که از M. smegmatis جمع‌آوری شده بود، ساختار اتمی آنزیم و مسیر‌های الکتریکی را که برای حمل الکترون‌ها استفاده می‌کند و به سبب آن جریان الکتریکی را تشکیل می‌دهند، ترسیم کردند.
این تیم کشف کرد که در مرکز این آنزیم، ساختاری به نام جایگاه فعال وجود دارد که حاوی یون‌های باردار نیکل و آهن است. هنگامی که مولکول‌های هیدروژن (متشکل از دو پروتون و دو الکترون) وارد جایگاه فعال آنزیم می‌شوند، بین یون‌های نیکل و آهن به دام می‌افتند و از الکترون‌های خود جدا می‌شوند. سپس آنزیم این الکترون‌ها را برای تولید جریان الکتریکی به حرکت درمی آورد.
گرینتر گفت: «الکترون‌ها توسط آنزیم Huc (به ویژه توسط یون نیکل آن) جذب می‌شوند و به سطح آنزیم منتقل می‌شوند. اگر Huc را روی یک الکترود بی حرکت کنیم، الکترون‌ها می‌توانند از سطح آنزیم وارد مدار الکتریکی شده و جریان تولید کنند.»
آزمایش های بیشتر نشان دادند که آنزیم Huc جدا شده را می‌توان برای دوره‌های زمانی طولانی‌تر ذخیره کرد. به گفته دانشمندان، این باکتری‌ها می‌توانند در برابر یخ زدگی یا دما‌های بالا، حتی تا ۱۷۶ درجه فارنهایت (۸۰ درجه سانتیگراد) مقاومت کنند و زنده بمانند. حتی آن‌ها می‌تواند هیدروژن را در غلظت‌هایی به اندازه ۰.۰۰۰۰۵ درصد از آنچه در هوایی که تنفس می‌کنیم، مصرف کنند. به گفته محققان، این ویژگی‌ها، همراه با توانایی رشد آسان و سریع این باکتری ها، می‌تواند این آنزیم را به یک کاندید ایده‌آل برای منبع انرژی در باتری‌های آلی تبدیل کند.
گرینتر می‌گوید: «Huc می‌تواند انرژی را از هیدروژن موجود در هوا استخراج کند که عملاً به میزان نامحدود وجود دارد. با این حال، مقدار الکتریسیته‌ای که از غلظت‌های کم هیدروژن در هوا تولید می‌شود، اندک خواهد بود. این کار استفاده از Huc را در این زمینه برای دستگاه‌هایی که به مقدار کم؛ اما پایداری از جریان برق نیاز دارند محدود می‌کند. با این حال، استفاده مکمل از Huc می‌تواند در پیل‌های سوختی که غلظت بالاتری از هیدروژن در آن وجود دارد، انتخاب و رویکرد مناسب تری باشد.»
