Инициатива является частью более широких усилий в области синтетической биологии по использованию белков вместо материалов, созданных человеком, которые часто являются дефицитными, дорогими и могут нанести вред окружающей среде, когда устройство устареет.
Целью исследования, опубликованного сегодня в Nature Communications, была разработка «химерных» фотосинтетических комплексов, отображающих полихроматический сбор солнечной энергии.
Впервые ученые смогли построить единую белковую систему, которая использует как хлорофилл, так и бактериохлорофилл, и тем самым продемонстрировали, что две пигментные системы могут работать вместе для достижения преобразования солнечной энергии.
Ведущий автор исследования и читатель по биохимии в Бристольском университете доктор Майк Джонс сказал:
"В прошлом для преобразования солнечной энергии в технологических устройствах использовались два основных типа белка. Первые происходят от «кислородных» фотосинтезирующих организмов – растений, водорослей и цианобактерий – которые содержат хлорофилл в качестве основного фотосинтетического пигмента и производят кислород в качестве побочного продукта процесса.
Второй – от «аноксигенных» организмов, бактерий, которые содержат бактериохлорофилл в качестве основного фотосинтетического пигмента.
«Мы собрали эти два белка из самых разных частей фотосинтетического мира в единую биологическую фотосистему, которая позволяет увеличивать сбор солнечной энергии. Мы также продемонстрировали, что эта система может быть сопряжена с искусственными электродами для достижения расширенного преобразования солнечной энергии в электрическую."
Ученые из института BrisSynBio при университете в сотрудничестве с коллегами по фотоэлектрохимии из Свободного университета Амстердама очистили белок «реакционного центра» от фотосинтезирующей бактерии пурпурного цвета и светособирающий белок зеленого растения (фактически полученный рекомбинантно в E. coli) и навсегда заблокировали их вместе, используя связывающий домен, взятый из второй бактерии. Результатом является первый единый комплекс с четко определенным белковым и пигментным составом, который демонстрирует повышенное преобразование солнечной энергии.
Исследование, финансируемое BBSRC и EPSRC, было в основном работой доктора Джунтая Лю, аспиранта Центра докторской подготовки по синтетической биологии Бристольского университета. Этот прорыв является примером подхода синтетической биологии, рассматривающего белки как компоненты, которые могут быть собраны новыми и интересными способами с использованием общего и предсказуемого интерфейса.
«Эта работа показывает, что можно диверсифицировать белковые системы, которые могут быть встроены в устройства помимо тех, которые поставляет природа, используя простой подход, достигаемый исключительно посредством генетического кодирования», – сказал д-р Джонс.
Доктор Джонс сказал, что следующим шагом было расширение палитры фотосинтетических пигментов с использованием белков цианобактерий, содержащих билиновые пигменты, поглощающие желтый и оранжевый свет, и изучение связи ферментов с этими новыми фотосистемами с целью использования солнечного света для катализа.