חיידק המצמיח על עצמו לוחות סולאריים

“במקום להסתמך על כלורופיל בלתי יעיל בכדי לקלוט את אור השמש, הצלחנו לפתח חיידק המסוגל לכסות את פני השטח החיצוני שלו בננו-גבישים מוליכים למחצה זעירים במיוחד”, מסביר ד”ר Kelsey K. Sakimoto, עורך המחקר. “ננו-גבישים אלו הרבה יותר יעילים מכלורופיל וניתן לייצר אותם בשבריר העלות הנדרשת לייצור של לוחות סולאריים”

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
תהליך הפוטוסינתזה מספק אנרגיה למרבית היצורים החיים על פני כדור הארץ. אולם, כלורופיל, אותו צבען ירוק בצמחים המשמש לקליטת אור השמש, הינו מערכת לא יעילה במיוחד. על מנת לאפשר לבני האדם לקלוט כמות רבה יותר מאנרגית השמש, מדענים פיתחו חיידקים המצופים בלוחות סולאריים זעירים ויעילים במיוחד במטרה לייצר תרכובות שימושיות.

החוקרים הציגו את ממצאי המחקר שלהם במפגש ה-254 הבינלאומי של החברה האמריקאית לכימיה.

“במקום להסתמך על כלורופיל בלתי יעיל בכדי לקלוט את אור השמש, הצלחנו לפתח חיידק המסוגל לכסות את פני השטח החיצוני שלו בננו-גבישים מוליכים למחצה זעירים במיוחד”, מסביר ד”ר Kelsey K. Sakimoto, עורך המחקר. “ננו-גבישים אלו הרבה יותר יעילים מכלורופיל וניתן לייצר אותם בשבריר העלות הנדרשת לייצור של לוחות סולאריים”.

האנושות ממשיכה לחפש חלופות יעילות לדלק מאובנים כמקור לאנרגיה ולחומרי גלם בתעשיית הכימיה. מדענים רבים חקרו את האפשרות לפתח מערכות פוטוסינתזה מלאכותיות על מנת לייצר אנרגיה מתחדשת וכן חומרים כימיים פשוטים תוך ניצול אור השמש. אומנם, הייתה התקדמות מדעית בתחום זה, אולם המערכות שפותחו לא יעילות מספיק לייצור מסחרי של דלק וחומרי גלם. מעבדתו של החוקר Yang באוניברסיטת קליפורניה ברקלי מתמקדת בניצול מוליכים למחצה אי-אורגניים המסוגלים לקלוט את קרני השמש ולהעבירם לאורגניזמים כגון חיידקים, שאלו בתורם מנצלים את האנרגיה לייצור חומרים שימושיים מתוך פחמן דו-חמצני ומים בלבד.

“ליבת המחקר במעבדה שלנו היא האפשרות לטעון ביתר חיידק שאינו מבצע פוטוסינתזה באמצעות הספקת אנרגיה בצורת אלקטרונים ממוליכים למחצה אי-אורגניים, למשל קדמיום סולפיד, המתפקדים כקולטי אור יעילים”, אמר החוקר הראשי. “כרגע אנו מחפשים אחר חומרים קולטי אור יעילים יותר מאשר קדמיום סולפיד על מנת להטעין את החיידק באנרגיה ממקור אור”.

החוקרים בחנו את החיידק Moorella thermoacetica המופיע בטבע ואינו מבצע פוטוסינתזה, אשר כחלק מתהליך הנשימה הרגיל שלו, מייצר חומצה אצטית מתוך פחמן דו-חמצני. חומצה זו מהווה כימיקל רב-תכליתי שממנו ניתן להפיק סוגי חומרים חשובים אחרים, כגון, דלק, פולימרים, חומרי רוקחות וחומרי גלם לתעשיות השונות בעזרת הנדסה גנטית של החיידק. כאשר החיידק הוזן בקדמיום ובחומצת האמינו ציסטאין, המכילה אטום גופרית, החיידק החל לסנתז בעצמו ננו-חלקיקים של קדמיום סולפיד (CdS), המתפקדים בתור לוחות סולאריים על פני השטח החיצוני שלו. האורגניזם ההיברידי, M. thermoacetica-CdS, מייצר חומצה אצטית מתוך פחמן דו-חמצני, מים ואור. “מרגע שהחיידק מכוסה בלוחות סולאריים זעירים אלו, הוא מסוגל לסנתז מזון, דלק וחומרי פלסטיק, כולם תוך ניצול של אנרגית השמש”, מסביר החוקר. “חיידקים אלו יעילים יותר מצמחים מבצעי פוטוסינתזה החיים בטבע”. החיידק המהונדס פועל ביעילות של יותר משמונים אחוזים, והתהליך משכפל את עצמו כך שזוהי טכנולוגיה הפולטת אפס פסולת. “ביולוגיה סינתטית והיכולת להרחיב את היקף המוצרים המתקבלים מתוך חיזור פחמן דו-חמצני, יהיו חיוניים למיצובה של טכנולוגיה זו כחלופה, או אחת מחלופות רבות, לתעשייה הפטרוכימית”, מסביר החוקר הראשי.

“מערכות קיימות בתחום של פוטוסינתזה מלאכותית מחייבות שימוש באלקטרודות מוצקות, המהוות רכיב בעל עלות גבוהה. תהליך ייצור הביו הדלק שלנו המתקבל מתוך אצות הרבה יותר תחרותי, מאחר והוא מנצל מערכת של פחמן דו-חמצני ואור שמש בלבד. יחד עם זאת, אנו עדיין מנסים למצוא את הרכיבים היעילים ביותר מבחינת המוליך למחצה וסוג החיידק. החוקר סבור כי ייתכן ולחיידק ההיברידי יש מקבילות בטבע.
הידיעה על המחקר