I ricercatori hanno utilizzato l’ingegneria intracellulare per produrre catalizzatori solidi ibridi per la fotosintesi artificiale utilizzando cristalli proteici. Questi catalizzatori, creati attraverso batteri geneticamente modificati, sono altamente attivi, durevoli e rispettosi dell’ambiente, aprendo la strada a un nuovo approccio nell’immobilizzazione degli enzimi.
I ricercatori della Tokyo Tech hanno dimostrato che l’ingegneria intracellulare è un modo efficace per creare cristalli proteici funzionali con promettenti proprietà catalitiche. Sfruttando i batteri geneticamente modificati come piattaforma di sintesi verde, i ricercatori hanno prodotto catalizzatori solidi ibridi per… Fotosintesi. Questi catalizzatori mostrano elevata attività, stabilità e durabilità, evidenziando il potenziale dell’approccio innovativo proposto.
I cristalli proteici, come i cristalli ordinari, sono strutture molecolari ben organizzate che hanno proprietà diverse e un enorme potenziale di personalizzazione. Possono essere sintetizzati naturalmente da materiali presenti all’interno delle cellule, il che non solo riduce significativamente i costi di sintesi ma riduce anche il loro impatto ambientale.
Sebbene i cristalli proteici siano catalizzatori promettenti perché possono ospitare varie molecole funzionali, le tecniche attuali consentono solo l’attacco di piccole molecole e proteine semplici. Pertanto, è necessario trovare modi per produrre cristalli proteici contenenti sia enzimi naturali che molecole funzionali sintetiche per sfruttare tutto il loro potenziale di immobilizzazione degli enzimi.
In questo contesto, un team di ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) guidato dal professor Takafumi Ueno ha sviluppato una strategia innovativa per la produzione di catalizzatori ibridi allo stato solido basati su cristalli proteici. Come descritto nel loro articolo pubblicato in Nano messaggi 12 luglio 2023 Il loro approccio combina l’ingegneria in-cell e semplice nel laboratorio Processo per la produzione di catalizzatori per la fotosintesi artificiale.
Illustrazione della ricerca. Fonte immagine: Professor Takafumi Ueno, Tokyo Institute of Technology
L’elemento costitutivo del catalizzatore ibrido è un monomero proteico derivato da A virus Che è afflitto Bombice mori baco da seta. I ricercatori hanno inserito il gene che codifica per questa proteina Escherichia coli Batteri, dove i monomeri prodotti formavano trimeri, che, a loro volta, si assemblano spontaneamente in cristalli poliedrici stabili (PhC) legandosi tra loro attraverso l’alfa elica N-terminale (H1). Inoltre, i ricercatori hanno introdotto una versione modificata del gene della formiato deidrogenasi (FDH) di A Classificare Lievito dentro batteri coli Genoma. Questo gene ha indotto i batteri a produrre enzimi FDH con terminali H1, portando alla formazione di cristalli ibridi H1-FDH@PhC all’interno delle cellule.
Il team ha estratto i cristalli ibridi da batteri coli Batteri attraverso sonicazione, centrifugazione in gradiente e immersione in una soluzione contenente un fotosensibilizzatore sintetico chiamato eosina Y (EY). Di conseguenza, i monomeri proteici, che sono stati geneticamente modificati in modo tale che il loro canale centrale potesse ospitare la molecola di eosina Y, hanno facilitato il legame stabile di EY al cristallo ibrido in massa.
Attraverso questo processo ingegnoso, il team è stato in grado di produrre catalizzatori EY·H1-FDH@PhC altamente attivi, riciclabili e termicamente stabili in grado di convertire l’anidride carbonica (CO).2) in formato (HCOO–) quando esposti alla luce, simulando il processo di fotosintesi. Inoltre, hanno mantenuto il 94,4% della loro attività catalitica dopo l’immobilizzazione rispetto a quella dell’enzima libero. «L’efficienza di conversione del cristallo ibrido proposto era molto più elevata rispetto ai composti precedentemente riportati per la fotosintesi enzimatica artificiale basata su FDH», sottolinea il professor Ueno. “Inoltre, il PHC ibrido è rimasto nello stato di aggregazione proteica solida dopo averli sopportati entrambi In vivo E nel laboratorio processi di ingegneria, dimostrando la notevole capacità di cristallizzazione e la forte plasticità dei PCC come scaffold incapsulati.
Nel complesso, questo studio mette in mostra il potenziale della bioingegneria nel facilitare la sintesi di materiali funzionali complessi. “Una combinazione di In vivo E nel laboratorio È probabile che le tecnologie di incapsulamento dei cristalli proteici forniscano una strategia efficiente ed ecologica per la ricerca nei campi dei nanomateriali e della fotosintesi artificiale», conclude il professor Ueno.
Speriamo sicuramente che questi sforzi ci portino verso un futuro più verde!
Riferimento: “Engineering Intracellular Protein Crystals into Hybrid Solid Catalysts for Artificial Photosensitive” di Tezeng Pan, Basudev Mighty, Satoshi Abe, Taiki Morita e Takafumi Ueno, 12 luglio 2023, Nano messaggi.
doi: 10.1021/acs.nanolett.3c02355
