Een team van wetenschappers, geleid door de Universiteit van Bristol, heeft een nieuw fotosynthetisch eiwitsysteem ontwikkeld dat een verbeterde en duurzamere benadering van technologische apparaten op zonne-energie mogelijk maakt.

Het initiatief maakt deel uit van een bredere inspanning op het gebied van synthetische biologie om eiwitten te gebruiken in plaats van door de mens gemaakte materialen die vaak schaars zijn, duur en kan schadelijk zijn voor het milieu wanneer het apparaat verouderd raakt.

Het doel van de studie, vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie , was de ontwikkeling van "chimera" fotosynthetische complexen die polychromatische zonne-energie oogsten.

Voor de eerste keer, de wetenschappers waren in staat om een ​​enkel eiwitsysteem te bouwen dat zowel chlorofyl als bacteriochlorofyl gebruikt, en daarbij hebben aangetoond dat de twee pigmentsystemen kunnen samenwerken om zonne-energieconversie te bereiken.

Hoofdauteur van de studie en Reader in Biochemistry aan de Universiteit van Bristol, Dr. Mike Jones, zei:

"Vroeger, twee hoofdtypen eiwitten zijn gebruikt voor de omzetting van zonne-energie in technologische apparaten. De eerste zijn afkomstig van 'oxygene' fotosynthetische organismen - planten, algen en cyanobacteriën - die chlorofyl als hun belangrijkste fotosynthetische pigment bevatten en zuurstof produceren als afvalproduct van het proces. De tweede zijn van 'anoxygene' organismen, bacteriën die bacteriochlorofyl als hun primaire fotosynthetische pigment bevatten.

"We hebben deze twee eiwitten verzameld, uit heel verschillende delen van de fotosynthetische wereld, in een enkel biologisch fotosysteem dat uitgebreide oogst van zonne-energie mogelijk maakt. We hebben ook aangetoond dat dit systeem kan worden gekoppeld aan door de mens gemaakte elektroden om uitgebreide zonne-naar-elektrische conversie te bereiken."

De wetenschappers, van het BrisSynBio Institute van de universiteit, in samenwerking met collega's foto-elektrochemie van de Vrije Universiteit Amsterdam, zuiverde een 'reactiecentrum'-eiwit van een paarskleurige fotosynthetische bacterie en een lichtoogstend eiwit van een groene plant (eigenlijk recombinant gemaakt in E. coli) en sloot ze permanent aan elkaar met behulp van een koppelingsdomein van een tweede bacterie. Het resultaat is het eerste enkelvoudige complex met een goed gedefinieerde eiwit- en pigmentsamenstelling die een uitgebreide omzetting van zonne-energie laat zien.

De door BBSRC en EPSRC gefinancierde studie was grotendeels het werk van Dr. Juntai Liu, een doctoraat student aan het Centre for Doctoral Training in Synthetic Biology van de Universiteit van Bristol. Deze doorbraak is een voorbeeld van een synthetische-biologische benadering, het behandelen van eiwitten als componenten die op nieuwe en interessante manieren kunnen worden geassembleerd met behulp van een gemeenschappelijke en voorspelbare interface.

"Dit werk laat zien dat het mogelijk is om de eiwitsystemen te diversifiëren die kunnen worden ingebouwd in apparaten die verder gaan dan die welke de natuur levert, met behulp van een eenvoudige benadering die puur door genetische codering wordt bereikt, "zei Dr. Jones.

Dr. Jones zei dat de volgende stap was om het palet van fotosynthetische pigmenten uit te breiden, met behulp van eiwitten van cyanobacteriën die bilinepigmenten bevatten die geel en oranje licht absorberen, en om het koppelen van enzymen aan deze nieuwe fotosystemen te onderzoeken om zonlicht te gebruiken om katalyse aan te drijven.