CIENTISTAS CRIAM UM “NANO-REATOR” PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO BIOCOMBUSTÍVEL.

Cientistas da Universidade de Indiana criaram um biomaterial altamente eficiente que catalisa a formação de hidrogênio – metade do “santo graal” da divisão H2O para fazer hidrogênio e oxigênio para abastecer carros baratos e eficientes, que funcionam com água.

Rendição do artista da P22-hidráulica, um novo biomaterial criado por encapsular uma enzima produtora de hidrogênio dentro de um shell vírus. Crédito: Universidade de Indiana

Renderização artística da P22-hidrogenase, um novo biomaterial criado por encapsular uma enzima produtora de hidrogênio dentro de um capsídeo viral. Crédito: Universidade de Indiana

Uma enzima modificada que ganha força em ser protegida dentro de uma capsula proteica ou “capsídeo” – de um vírus bacteriano, este novo material é 150 vezes mais eficaz do que a forma da enzima inalterada.

O processo de criação do material foi recentemente relatado no artigo “Self-assembling biomolecular catalysts for hydrogen production” publicado na revista Nature Chemistry.
“Essencialmente, fomos capazes em dar aos virus a capacidade de auto-montar uma miríade de blocos genéticos de construção e incorporar uma enzima muito frágil e sensível com a notável propriedade de tomar prótons e liberar gás hidrogênio”, disse Trevor Douglas, o Professor de Química na UI Bloomington Faculdade de Artes e Ciências Departamento de Química”, que liderou o estudo. “O resultado final é uma partícula semelhante a um vírus, que se comporta da mesma como um material altamente sofisticado, que catalisa a produção de hidrogênio.”
Outros cientistas da UI que contribuíram para a pesquisa foram Megan C. Thielges, um professor assistente de química; Ethan J. Edwards, Ph.D. aluna; e Paul C. Jordan, um pesquisador pós-doutorado na Alios BioPharma, que era um IU Ph.D. estudante no momento do estudo.

Ilustração que mostra a libertação de NiFe-hidrogenase de dentro do escudo de vírus, ou 'cápside', de bacteriófago P22. Crédito: Universidade de Indiana

Ilustração mostrando a libertação de NiFe-hidrogenase de dentro do escudo viral ou ‘capsídeo’, de bacteriófago P22. Crédito: Universidade de Indiana

O material genético utilizado para criar a enzima, a hidrogenase, é produzida por dois genes de bactérias comuns em Escherichia coli, inseridos no interior do cápsideo de proteção utilizando métodos previamente desenvolvidos por estes cientistas da UI. Os genes, hyaA e hyaB, são dois genes em E. coli que codificam subunidades-chave da enzima hidrogenase. O cápsideo vem do vírus bacteriano conhecido como bacteriófago P22.

O biomaterial resultante, foi chamado “P22-Hyd,” e não é apenas mais eficaz do que a enzima inalterada, mas também é produzido através de um processo de fermentação simples, à temperatura ambiente.

O material é potencialmente muito menos dispendioso e mais respeitador do ambiente para produzir outros materiais atualmente utilizados na síntese de células de combustível. A platina de metal é cara e rara, por exemplo, e é comumente usado para catalisar o hidrogênio como combustível em produtos conceitos de carro de alta qualidade.
“Este material é comparável a platina, exceto que é verdadeiramente renovável”, disse Douglas. “Você não precisa minerar-lo, você pode criá-lo à temperatura ambiente em uma tecnologia de fermentação de escala maciça usando o biodegradável. É um processo muito verde para fazer um material sustentável de alta qualidade e eficiência.”

Além disso, a P22-Hyd rompe as ligações químicas da água para criar hidrogênio e também funciona ao contrário, para recombinar hidrogênio e oxigênio para gerar energia. “A reação é executada em ambos os sentidos, ela pode ser usado como um catalisador de produção de hidrogênio ou um catalisador como célula de combustível.” disse Douglas.
A forma de hidrogenase é um dos três que ocorre na natureza: hidrogenase di-ferro (FeFe) , ou somente ferro (Fe) – e de níquel-ferro (NiFe). A terceira forma foi selecionada para o novo material, devido à sua capacidade de se integrar facilmente em biomateriais e tolerar a exposição ao oxigênio.

NiFe-hidrogenase também ganha significativamente maior resistência à ruptura mediante encapsulamento dos produtos químicos no meio ambiente, e retém a capacidade de catalisar a temperatura ambiente. NiFe-hidrogenase inalterada, pelo contrário, é altamente suscetível a destruição de produtos químicos no ambiente e se decompõe em temperaturas acima da temperatura ambiente, sendo que ambos fazem da enzima desprotegida uma má escolha para uso na fabricação e produtos comerciais tais como automóveis.

Estas sensibilidades são “algumas das principais razões pelas quais as enzimas anteriormente não viveram até sua promessa tecnologica ser cumprida”, disse Douglas. Outra coisa é a dificuldade de produzir.

“Ninguém nunca teve uma forma de fazer uma grande quantidade suficiente de hidrogenase  apesar de seu incrível potencial para a produção de biocombustíveis. Mas agora nós temos um método para estabilizar e produzir grandes quantidades de material e aumenta-las em termos de eficiência”, ele disse.

O desenvolvimento é altamente significativo de acordo com Seung-Wuk Lee, professor de bioengenharia na Universidade da Califórnia-Berkeley, que não fez parte do estudo.
O grupo de Douglas tem sido líder em proteínas ou o desenvolvimento de nanomateriais à base de vírus nas duas últimas décadas. Este é um novo trabalho pioneiro para produzir combustíveis verdes e limpos e resolver o problema de energia do mundo real que enfrentamos hoje e fazer um impacto imediato em nossa vida no futuro próximo “, disse Lee, cujo trabalho tem sido citado em um relatório do Congresso dos EUA sobre o uso de vírus na fabricação.
Além do novo estudo, Douglas e seus colegas continuam a criar P22-hyd em um ingrediente ideal para a energia do hidrogênio, investigando maneiras de ativação de uma reação catalítica com a luz solar, em oposição à introdução de métodos laboratoriais.

Fonte: Phys.org

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