Bakteriální kyborg. Kredit: Kelsey K. Sakimoto.

Fotosyntéza je úžasný proces. Používá energii hvězdy, našeho Slunce, aby s ní poháněla pozemské ekosystémy. Jenže je to také velmi starobylý proces, který vznikl nevypočitatelnou a slepou evolucí. A to znamená, že přírodní fotosyntéza není bez chyb či nedostatků. Slabým místem fotosyntézy je komplikovaný a zoufale nevýkonný enzym RUBICSO, stejně tak chlorofyl, zelený pigment, který hraje klíčovou roli v zachycení slunečního záření, není úplně ideálně účinný.

Kelsey K. Sakimoto. Kredit: UC Berkeley.

Kelsey K. Sakimoto z Kalifornské univerzity v Berkeley a jeho tým se rozhodli, že zkusí fotosyntézu Matky Přírody překonat. Šli na to rafinovaně. Vzali bakterie, vylepšili je nanotechnologií a udělali z nich maličké, ale zároveň velmi účinné solární články. Výsledky své práce prezentovali v těchto dnech na 254. národním setkání a výstavě Americké chemické společnosti.

Sakimoto a spol. nepoužili k zachycování světelného záření chlorofyl. Namísto toho si vybrali jeden druh bakterií a nechali je porůst polovodičovými nanokrystaly. Tyto nanokrystaly jsou podle Sakimota při fotosyntéze mnohem účinnější a jejich výroba přijde jenom na zlomek ceny dnešních solárních panelů.

University of California Berkeley.

Pro své experimenty si Sakimoto s kolegy vybral klostridii druhu Moorella thermoacetica, která za normálních okolností neumí fotosyntetizovat. V rámci svého běžného metabolismu vyrábí kyselinu octovou z oxidu uhličitého. Kyselina octová je přitom všestranná organická látka, ze které je možné vyrobit řadu různých paliv, polymerů, léčiv i dalších užitečných organických látek. K tomu je možné využít další typ geneticky vylepšených bakterií.

Anorganicko-biologický hybrid. Kredit: Kelsey K. Sakimoto.

Když Sakimoto krmil moorelly kadmiem a aminokyselinou cysteinem, která obsahuje atom síry, tak bakterie ochotně syntetizovaly nanočástice sulfidu kadmia (CdS). Tyto nanočástice pak vytvořily nanokrystaly na povrchu mooorell, kde slouží jako solární nanopanely. Sakimoto tak v laboratoři vytvořil bakteriální kyborgy, kterým s kolegy říkají M. thermoacetica-CdS. Nanokyborgové vyrábějí kyselinu octovou z oxidu uhličitého, vody a slunečního záření.

Podle Sakimota tyhle kyborgizované bakterie porazí v účinnosti přírodní fotosyntézu. Morrelly se solárními panely fungují s účinností více než 80 procent. Navíc se samy množí a regenerují, takže vlastně jde o bezodpadovou technologii. Sakimoto je přesvědčen, že anorganicko-biologičtí hybridi, jako jsou morrellly, mají velký komerční potenciál. Mnoho současných systémů umělé fotosyntézy vyžaduje pevné elektrody, který jsou velmi nákladné. Na nové technologii bude ještě nutné pracovat, vyhlídky ale nejsou špatné. Sakimoto se také domnívá, že by podobné bakterie mohly existovat i v přírodě. Už jsme objevili tak bizarní mikroorganismy, že je to docela dobře možné. Bioprospektoři mají rozhodně o čem přemýšlet.

Video:  Are bacteria the cyborgs of the future? - Headline Science

Video:  Rewriting evolutionary history: cyborg bacteria for high-efficiency photosynthesis


Literatura
American Chemical Society 22. 8. 2017.