Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Pembangkit listrik seluler mendaur ulang gas limbah – ScienceDaily


Gas limbah dari banyak cabang industri terutama mengandung karbon monoksida dan karbon dioksida. Saat ini, gas-gas ini hanya tertiup ke atmosfer kita, tetapi ini mungkin akan segera berubah. Idenya adalah menggunakan kekuatan bakteri untuk mengubah gas limbah beracun menjadi senyawa berharga seperti asetat atau etanol. Ini dapat digunakan setelahnya sebagai biofuel atau senyawa dasar untuk bahan sintetis. Pabrik uji ukuran nyata pertama sedang dalam evaluasi, menggunakan konversi ini pada skala industri, dan bintang dari proses ini adalah bakteri yang memakan karbon monoksida, karbon dioksida, dan dihidrogen, di antaranya Clostridium autoethanogenum sejauh ini menjadi favorit.

“Dalam mikroba ini, garis utama metabolisme yang digunakan untuk mengoperasikan konversi gas telah ditandai,” kata Tristan Wagner, pemimpin kelompok Metabolisme Mikroba di Institut Max Planck untuk Mikrobiologi Laut. “Tapi masih banyak tanda tanya di tingkat molekuler.” Yang menjadi fokus para ilmuwan dari Bremen: Bagaimana karbon monoksida beracun diproses oleh enzim dengan efisiensi yang menakjubkan?

Kejutan besar di dalam kristal

Pengetahuan tingkat molekuler tentang konversi karbon monoksida diperoleh dari penelitian yang dilakukan pada spesies Moorella thermoacetica. Ini adalah organisme model laut yang mudah dipelajari dan dipelajari dengan baik tetapi menunjukkan kemampuan yang buruk untuk mendetoksifikasi gas limbah, tidak seperti Clostridium autoethanogenum. Kedua bakteri menggunakan enzim yang sama untuk mengubah karbon monoksida: sintase CO-dehydrogenase / Acetyl-CoA, disingkat CODH / ACS. Ini adalah enzim yang sangat umum yang sudah ada di zaman purba di bumi. “Karena kedua spesies menggunakan enzim yang sama untuk mengubah karbon monoksida, kami berharap untuk melihat struktur yang persis sama dengan perbedaan kecil,” kata Wagner.

Untuk penelitian mereka, Wagner dan koleganya Olivier N. Lemaire mempelajari bakteri Clostridium autoethanogenum untuk memahami bagaimana ia dapat berkembang di termodinamika Kehidupan, menggunakan metabolisme yang mirip dengan bentuk kehidupan pertama. Olivier N. Lemaire menumbuhkan bakteri dan memurnikan CODH / ACS-nya tanpa adanya oksigen, yang merugikan enzim. Kedua ilmuwan tersebut menggunakan metode kristalisasi untuk memperoleh kristal enzim CODH / ACS dan menentukan struktur 3D protein dengan kristalografi sinar-X. “Ketika kami melihat hasilnya, kami tidak dapat mempercayai mata kami,” kata Wagner. “Antarmuka CODH-ACS dari Clostridium autoethanogenum sangat berbeda dari model Moorella thermoacetica, meskipun itu adalah enzim dan bakteri yang sama.”

Bahan yang sama, arsitektur berbeda

Setelah itu, kedua peneliti melakukan eksperimen lebih lanjut untuk membuktikan bahwa struktur pertama bukanlah artefak melainkan realitas biologis. Percobaan berikut mengkonfirmasi model awal. Dengan demikian, penemuan tersebut jelas membuktikan kesalahan asumsi sebelumnya bahwa enzim CODH / ACS selalu memiliki struktur keseluruhan yang sama. “Enzim Moorella thermoacetica memiliki bentuk linier,” jelas Olivier N. Lemaire, penulis pertama studi tersebut, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal ilmiah. BBA Bioenergetics. “Di Moorella thermoacetica, enzim menghasilkan karbon monoksida dalam CODH dan digunakan di ACS. Di antara mereka, enzim ini terperangkap dan disalurkan melalui saluran gas tertutup. ACS pada akhirnya akan mensintesis asetil-KoA, blok penyusun diproses lebih lanjut menjadi asetat dan etanol. Sisa sel tidak melihat karbon monoksida. “

Tetapi Clostridium autoethanogenum menyerap karbon monoksida secara langsung. “Dalam Clostridium autoethanogenum, enzim CODH / ACS tidak hanya memiliki satu lubang, tetapi beberapa. Dengan cara ini ia dapat mengumpulkan karbon monoksida sebanyak mungkin dan membawanya ke seluruh sistem terowongan, beroperasi di kedua arah,” kata Lemaire. “Hasil ini menunjukkan perombakan terowongan gas internal selama evolusi bakteri ini, yang diduga mengarah ke kompleks dua arah yang memastikan aliran tinggi konversi karbon monoksida menuju konservasi energi dan asimilasi karbon monoksida, yang bertindak sebagai pembangkit tenaga seluler utama.” Pada akhir proses juga dihasilkan asetat dan etanol, yang dapat digunakan untuk menghasilkan bahan bakar.

“Kami sekarang memiliki gambaran seperti apa enzim yang sangat efisien dan kuat ini,” kata Tristan Wagner. “Tapi penemuan kami hanya selangkah lebih maju. Antara lain, masih menjadi pertanyaan terbuka bagaimana bakteri dapat bertahan hidup dan menggunakan karbon monoksida untuk memenuhi kebutuhan energi seluler mereka. Kami memiliki beberapa hipotesis, tetapi kami masih di awal. Untuk memahami keseluruhan proses kimiawi pengubahan karbon monoksida menjadi asetat dan etanol, protein lebih lanjut perlu dipelajari. “

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP