Una enzima descubierta convierte el aire en electricidad, una nueva forma limpia de hacer realidad los sueños energéticos

Científicos australianos han descubierto una enzima que convierte el aire en energía utilizando pequeñas cantidades de hidrógeno en la atmósfera para crear una corriente eléctrica.

La enzima en cuestión se llama Huc (se pronuncia "Huck"). Está elaborado por bacterias y les ayuda a crecer y sobrevivir en el suelo, los océanos, los cráteres volcánicos e incluso en la Antártida.

Los microbiólogos de Monash han descubierto ahora que puede generar electricidad a partir del aire.

El importante descubrimiento se describe en la revista Nature. El equipo de investigación estuvo dirigido por el Dr. Rhys Grinter de Monash, la estudiante de doctorado Ashleigh Kropp y el profesor Chris Greening, del Biomedicine Discovery Institute.

El laboratorio del profesor Greening se especializa en cómo las bacterias obtienen energía. El laboratorio del Dr. Grinter se centra en las máquinas moleculares que forman las bacterias y en cómo funcionan.

"Sabemos desde hace algún tiempo que las bacterias pueden utilizar las trazas de hidrógeno del aire como fuente de energía", dijo el profesor Greening. "Pero no sabíamos cómo lo hicieron hasta ahora".

Huc funciona como un eliminador de gas hidrógeno y, a diferencia de todas las demás enzimas y catalizadores químicos conocidos, puede consumir el gas por debajo de los niveles atmosféricos.

En este sentido, es como una batería natural, que genera una pequeña corriente eléctrica a partir del aire o del hidrógeno añadido. La ciencia se ha quedado perpleja en cuanto a cómo funcionó. Este hallazgo abre el camino para crear dispositivos que literalmente produzcan energía, en forma de electricidad, a partir del aire.

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"Lo que realmente queríamos hacer era aislar Huc de una bacteria capaz de eliminar el hidrógeno atmosférico", dice el Dr. Grinter. “Eso es un desafío, porque a menudo estas bacterias ambientales son difíciles de cultivar. Entonces, desarrollamos una serie de nuevos métodos para, primero, hacer crecer las bacterias, luego abrirlas y luego usar la química para intentar aislar este único componente”.

La bacteria elegida fue Mycobacterium smegmatis, descubierta en 1884 en Austria por un médico, Sigmund Lustgarten, que investigaba las enfermedades de la piel. A pesar de estar aislado en este contexto, M. smegmatis generalmente vive en el suelo, no causa enfermedades y está relativamente bien estudiado debido a su uso como modelo de organismo para su prima la tuberculosis.

“Además”, dice, “una de las cosas importantes para estudiar bacterias o purificar los componentes es poder cambiar sus genomas. Añade genes, quítalos y pon un poquito de ADN extra que te permita purificar los complejos. Estas herramientas existen para M. smegmatis”.

Ashleigh Kropp, miembro del equipo, realizó gran parte del trabajo de laboratorio, incluida la extracción de Huc de las células bacterianas.

"Descubrimos que Huc tiene un componente adicional que no sabíamos que existía", dice.

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“Al usar esto, Huc forma un gran complejo y, cuando lo eliminamos, Huc ya no forma ese gran complejo. Resulta que este componente y el complejo son realmente importantes para el funcionamiento de Huc en las células”.

El trabajo de laboratorio demostró que el Huc purificado se puede almacenar durante largos períodos.

“Es muy estable. Es posible congelar la enzima o calentarla a 80° Celsius y conserva su poder para generar energía”, dice Kropp. “Esto refleja que esta enzima ayuda a las bacterias a sobrevivir en los ambientes más extremos”.

"Si bien queda mucho trabajo por hacer para que esto suceda, existen varias aplicaciones potenciales", afirma el Dr. Grinter. “La síntesis de sustancias químicas finas requiere modificaciones muy específicas en una molécula, que pueden ser difíciles de realizar químicamente. Huc podría utilizar los electrones de pequeñas cantidades de hidrógeno en el aire para realizar estas modificaciones químicas en la síntesis química industrial”.

Huc también podría utilizarse como sensor de hidrógeno. Huc produce corriente eléctrica cuando hay hidrógeno presente. Cuando se coloca Huc en un circuito eléctrico, esta corriente se puede medir para determinar la concentración de hidrógeno.

Debido a que Huc puede oxidar hidrógeno a concentraciones extremadamente bajas, un sensor que lo incorpore sería muy sensible.

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Posiblemente la aplicación más interesante de Huc sea la de alimentar pequeños dispositivos electrónicos utilizando aire o bajas concentraciones de hidrógeno.

Esto significaría que estos dispositivos funcionan con una fuente de energía súper limpia y sostenible. Debido a que la cantidad de hidrógeno presente en el aire es tan pequeña, sólo se podría extraer de él una pequeña cantidad de electricidad.

“Una vez que produzcamos Huc en cantidades suficientes”, afirma el Dr. Grinter, “el cielo será, literalmente, el límite para utilizarlo para producir energía limpia.

“Además de las posibles aplicaciones de la investigación, este trabajo es realmente importante porque puede ayudarnos a comprender cómo funciona nuestro planeta.

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“Entre el 60% y el 80% de las bacterias del suelo, especialmente los suelos privados de nutrientes, tienen enzimas como Huc y absorben hidrógeno constantemente.

“Absorben 70 millones de toneladas de hidrógeno cada año, lo que da forma a la composición de nuestra atmósfera, lo que hace que este proceso sea importante para modular el clima. Comprender la bioquímica de este proceso puede permitirnos aprovecharlo para estabilizar nuestro clima en el futuro”.

(Publicado originalmente en Monash Lens, licencia CC)

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