Team udvikler fotosyntetiske proteiner til udvidet solenergiomdannelse

Et team af forskere, ledet af University of Bristol, har udviklet et nyt fotosyntetisk proteinsystem, der muliggør en forbedret og mere bæredygtig tilgang til soldrevne teknologiske enheder.

Initiativet er en del af en bredere indsats inden for syntetisk biologi for at bruge proteiner i stedet for menneskeskabte materialer, som ofte er knappe, dyrt og kan være skadeligt for miljøet, når enheden bliver forældet.

Formålet med undersøgelsen, udgivet i dag i Naturkommunikation , var udviklingen af ​​"kimær" fotosyntetiske komplekser, der viser polykromatisk høstning af solenergi.

For første gang, forskerne var i stand til at opbygge et enkelt proteinsystem, der bruger både klorofyl og bakterioklorofyl, og derved har demonstreret, at de to pigmentsystemer kan arbejde sammen for at opnå solenergiomdannelse.

Hovedforfatter af undersøgelsen og læser i biokemi ved University of Bristol, Dr. Mike Jones, sagde:

"I fortiden, to hovedtyper af proteiner er blevet brugt til konvertering af solenergi i teknologiske apparater. De første er fra 'oxygeniske' fotosyntetiske organismer -planter, alger og cyanobakterier - der indeholder klorofyl som deres vigtigste fotosyntetiske pigment og producerer ilt som affaldsprodukt fra processen. Den anden er fra 'anoxygeniske' organismer, bakterier, der indeholder bakteriochlorofyl som deres primære fotosyntetiske pigment.

"Vi har samlet disse to proteiner, fra meget forskellige dele af den fotosyntetiske verden, i et enkelt biologisk fotosystem, der muliggør udvidet solhøst -høst. Vi har også demonstreret, at dette system kan forbindes med menneskeskabte elektroder for at opnå udvidet sol-til-elektrisk konvertering. "

Forskerne, fra universitetets BrisSynBio Institute, i samarbejde med fotoelektrokemiske kolleger ved Free University Amsterdam, rensede et 'reaktionscenter'-protein fra en lilla-farvet fotosyntetisk bakterie og et let høstende protein fra en grøn plante (faktisk fremstillet rekombinant i E. coli) og låste dem permanent sammen ved hjælp af et bindingsdomæne taget fra en anden bakterie. Resultatet er det første enkeltkompleks med et veldefineret protein- og pigmentkomposition, der viser udvidet solenergiomdannelse.

Den BBSRC- og EPSRC-finansierede undersøgelse var i vid udstrækning Dr. Juntai Lius arbejde, en ph.d. studerende ved University of Bristols Center for Doktoranduddannelse i Syntetisk Biologi. Dette gennembrud er et eksempel på en syntetisk biologisk tilgang, behandling af proteiner som komponenter, der kan samles på nye og interessante måder ved hjælp af en fælles og forudsigelig grænseflade.

"Dette arbejde viser, at det er muligt at diversificere proteinsystemerne, der kan indbygges i enheder ud over dem, som naturen leverer, ved hjælp af en simpel tilgang opnået rent gennem genetisk kodning, "sagde Dr. Jones.

Dr. Jones sagde, at det næste trin var at udvide paletten af ​​fotosyntetiske pigmenter, ved hjælp af proteiner fra cyanobakterier, der indeholder bilinpigmenter, der absorberer gult og orange lys, og at undersøge kobling af enzymer til disse nye fotosystemer for at bruge sollys til at drive katalyse.