Одноклеточная цианобактерия Cyanothece 51142 продемонстрировала рекордно высокие показатели выработки водорода.

Микроорганизм был обнаружен в 1993 году Луисом Шерманом (Louis Sherman), работающим в Университете Пердью, одним из авторов нынешнего исследования. Через некоторое время его коллега Химадри Пакраси (Himadri Pakrasi) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе выяснил, что бактерия соблюдает «режим дня»: при солнечном свете она занимается фотосинтезом, получая кислород и гликоген, а в тёмное время суток преобразует атмосферный азот в аммиак с помощью фермента нитрогеназы. В этой реакции также образуется водород.

Два упомянутых процесса отличаются друг от друга тем, что фотосинтез проходит в аэробных условиях, а азотфиксация — в анаэробных (кислород губителен для нитрогеназы). Cyanothece 51142, однако, может выделять водород и в обычных атмосферных условиях, расходуя внутриклеточный кислород при переработке запасённого гликогена (дыхания). Поскольку ночью фотосинтез прекращается, в объёме клетки создаются бескислородные условия.

Рис. 1. Цианобактерии Cyanothece (иллюстрация с сайта Algae.Su).

Экспериментальным путём было установлено, что цианобактерии, которые «привыкают» к смене дня и ночи, продолжают чередовать азотфиксацию с фотосинтезом даже при постоянном освещении, причём объём выработки водорода в этом случае увеличивается. Включив освещение на 48 часов, биологи получили величины, ставшие рекордными для цианобактерий в атмосферных условиях: 150 мкмоль водорода на 1 мг хлорофилла за час.

Дополнительный рост показателей обеспечивает глицерин. Добавление этого вещества, которое образуется, к примеру, в ходе производства биодизельного топлива, позволяет получать до 465 мкмоль водорода на 1 мг хлорофилла за час.

В ближайшее время исследователи намерены выполнить более масштабные эксперименты, чтобы оценить возможность промышленного использования цианобактерии. Если идея окажется перспективной, Cyanothece 51142 можно будет генетически модифицировать с целью дальнейшего увеличения выработки водорода.

Anindita Bandyopadhyay, Jana Stöckel, Hongtao Min, Louis A. Sherman & Himadri B. Pakrasi High rates of photobiological H2 production by a cyanobacterium under aerobic conditions. – Nature Communications 1, Article number: 139 doi:10.1038/ncomms1139; Published 14 December 2010.