تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
اكتشف العلماء إنزيماً عالي الفعالية يحول الهواء إلى كهرباء، ويعدُّ هذا الإنزيم مصدراً نظيفاً للطاقة من البروتين البكتيري، ويُسمّى هذا الإنزيم هاك (Huc)، وهو مصنوعٌ من البكتريا، ويساعد البكتريا على النمو والبقاء في التربة، وفي المحيطات، وفي الحفر البركانية، وحتى في القارة القطبية الجنوبية. [1]
كيف تمَّ اكتشاف توليد الطاقة من الهواء؟
اكتشف علماء الأحياء الدقيقة في جامعة (MONASH) في ملبورن بأستراليا بإنتاج وتحليل إنزيمٍ يستهلك الهيدروجين من بكتيريا التربة الشائعة، وتمَّ استخدام الكيمياء الكهربائية لإثبات أن الإنزيم المنقّى يولد الكهرباء بتركيزاتٍ دقيقةٍ من الهيدروجين.
تمَّ توضيح هذا الاكتشاف المهمّ في طبعةٍ جديدةٍ من مجلة Nature، ترأس فريق البحث الدكتور ريس جرينتر (Dr. Rhys Grinter) من جامعة MONASH، والبروفيسور كريس جرينينج (Chris Greening)، من معهد اكتشافات الطب الحيوي، وطالبة الدكتوراة آشلي كروب (Ashleigh Kropp).
قال البروفيسور جرينينج: “لقد عرفنا منذ بعض الوقت أن البكتيريا يمكنها استخدام الهيدروجين القليل الموجود في الهواء كمصدرٍ للطاقة، ولكننا حتى الآن لم نعرف كيف تفعل البكتريا ذلك”، يفتح هذا الاكتشاف الطريق لإنشاء أجهزةٍ تنتج الطاقة على شكل كهرباء، من الهواء.
يقول الدكتور غرينتر: “ما أردنا فعله حقاً هو عزل أنزيم Huc عن البكتيريا، وهذا يمكّن من تفكيك الهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي“، وهذا أمرٌ صعب لأنه في كثير من الأحيان يصعب زراعة هذه البكتيريا البيئية، لذلك قمنا بتطوير سلسلةٍ من الطرق الجديدة لتنمية البكتيريا أولاً، ثم فتحها ثم استخدام الكيمياء لمحاولة عزل أنزيم Huc لوحده.
كانت البكتيريا المختارة هي (Mycobacterium smegmatis)، التي تمَّ اكتشافها في عام 1884، وهي تعيش في التربة، ويقول الدكتور غرينتر: “أيضًا، أحد الأشياء المهمّة لدراسة البكتيريا أو تنقية مكوناتها هو القدرة على تغيير مكوناتها الوراثية (Genomes) إضافة الجينات وإزالتها، وإضافة القليل من الحمض النووي الإضافي الذي يسمح بالتنقية، وهذه الأمور ممكنة في بكتيريا (Mycobacterium smegmatis)”.
قامت عضوة الفريق آشلي كروب بمعظم العمل المختبري، بما في ذلك استخراج HUC من خلايا البكتيريا، وتقول آشلي كروب: “لقد وجدنا أن أنزيم HUC يحتوي على مكونٍ إضافيٍّ لم نكن نعلم بوجوده، يشكل Huc مع هذا المكون مركباً كبيراً، وعند إزالته، لا يشكل Huc هذا المركب الكبير.
لقد اتضح أن هذا المكون الكبير والمُعقّد مهمٌّ جداً لمعرفة كيفية عمل HUC في الخلايا، وأظهر العمل التجريبي في المختبر أنه يمكن تخزين Huc المنقّى لفتراتٍ طويلة، وهو أنزيم مستقرٌ بشكلٍ كبير، ومن الممكن تجميد الإنزيم أو تسخينه إلى 80 درجة مئوية، مع الحفاظ على قدرته على توليد الطاقة، وهذا يبين أن هذا الإنزيم يساعد البكتيريا على البقاء في البيئات القاسية.” [2]
ما هي قوة أنزيم (HUC) وأين يمكن استخدامه؟
يقول الدكتور غرينتر: “على الرغم من أن هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتحقيق بعض التطبيقات، إلا أن هناك عددًا من التطبيقات المُحتملة لاستخدام أنزيم Huc”، ومن هذه التطبيقات: [2]
1- يتطلب تركيب المواد الكيميائية الدقيقة تعديلاتٍ محددةٍ جدًا على الجزيء، وهو ما قد يكون من الصعب تنفيذه كيميائيًا، ويستطيع Huc استخدام الإلكترونات لإجراء هذه التعديلات الكيميائية في التركيب الكيميائي الصناعي، وذلك من خلال استخدام الأنزيم كمياتٍ صغيرةٍ من الهيدروجين الموجودة في الهواء.
2- يمكن أيضًا استخدام أنزيم Huc كجهاز تحسسٍ لتركيز أو كمية الهيدروجين، ويُنتج HUC تياراً كهربائياً عند وجود الهيدروجين، وعندما يتمُّ وضع HUC في دارةٍ كهربائية، يمكن قياس هذا التيار لتحديد تركيز الهيدروجين.
3- ربما يكون التطبيق الأكثر إثارةً للاهتمام لأنزيم Huc هو تشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة باستخدام الهواء أو تركيزاتٍ منخفضةٍ من الهيدروجين، وهذا يعني أن هذه الأجهزة مدعومةٌ بمصدر طاقةٍ فائق النظافة ومُستدام، وبما أن كمية الهيدروجين الموجودة في الهواء صغيرةٌ جداً، فإنه لا يمكن استخلاص سوى مقدارٍ قليلٍ من الكهرباء باستخدام أنزيم Huc.
4- بالإضافة إلى التطبيقات المُحتملة للبحث، فإن هذا العمل مهمٌّ حقاً، لأنه يمكن أن يساعدنا على فهم كيفية عمل كوكبنا. ما بين 60 بالمئة إلى 80 بالمئة من البكتيريا الموجودة في التربة، وخاصةً التربة التي لا يتمُّ تغذيتها، تحتوي على إنزيمات مثل Huc، وتمتصُّ الهيدروجين باستمرار، حيث تمتصُّ 70 مليون طن من الهيدروجين كل عام، مما يجعل هذه العملية مهمةً لتعديل المناخ، إن فهم الكيمياء الحيوية لهذه العملية قد يسمح لنا بتسخيرها لتحقيق الاستقرار في مناخنا مستقبلاً.
خلاصة
أنزيم Huc هو بطاريةٌ طبيعيةٌ تُنتج تياراً كهربائياً مُستداماً من الهواء أو الهيدروجين المضاف، ومع أن هذا البحث في مرحلةٍ مبكرة، لكن اكتشاف أنزيم Huc لديه إمكاناتٌ كبيرةٌ لتطوير أجهزةٍ صغيرةٍ تعمل بالهواء، على سبيل المثال: استخدامه كبديلٍ للأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية.
البكتيريا التي تُنتج إنزيمات مثل: Huc شائعة، ويمكن زراعتها بكمياتٍ كبيرة، مما يعني أنه يمكننا الوصول إلى مصدرٍ مُستدامٍ للإنزيم. يقول الدكتور غرينتر “إن الهدف الرئيسي للعمل المستقبلي هو زيادة إنتاج أنزيم HUC، وبمجرد أن ننتج أنزيم HUC بكمياتٍ كافية، ستكون السماء هي الحدُّ الأقصى لاستخدامه لإنتاج الطاقة النظيفة.”
المراجع البحثية
1- Scientists Discover Enzyme That Turns Air Into Electricity, Providing A New Clean Source Of Energy. (n.d.). Biochemistry. Retrieved October 15, 2023
2- The enzyme that could help make energy dreams come true .Monash university. (2023, March 9). Retrieved October 15, 2023
