變病毒為氫氣

病毒納米粒子能產生清潔氫氣燃料。圖片來源：Ella Marushchenko

　　活性細胞是組裝大師。無論是將DNA塞進細胞核內，還是把生成能量的“機器”裝入被稱為線粒體的棒狀細胞器，這些特有的生物學現象將任務分配到細胞內的專門“隔間”里，從而使不受干涉地開展特定工作變得更加簡單。

　　美國印第安納州研究人員正在遵循相同策略，將由病毒制成的中空納米粒子內的酶分離，以產生用作燃料的氫氣。這一過程尚未產生可同商業化替代產品競爭的足夠氫氣。不過，研究人員已將視線投向了旨在廉價產生大量燃料的改善方案。相關成果日前發表于《自然—化學》雜志。

　　很多不同細菌能產生氫分子，作為自身新陳代謝的燃料來源。它們利用氫化酶做到了這一點。氫化酶是催化質子和電子結合形成氫氣分子的蛋白，并且能逆轉這一過程，將氫氣轉變成能被用于為細胞新陳代謝提供能量的質子和電子。

　　由印第安納大學布盧明頓分校化學家Trevor Douglas領導的團隊從生物學上“隔間”的使用中汲取經驗。他們從一種感染沙門氏菌的病毒——P22噬菌體入手。這些病毒會哄騙它們感染的細菌產生由一種外殼蛋白的420個拷貝組成的微小中空球體。它們還會誘導細菌產生幫助指導P22球體組裝的第二組蛋白。

　　Douglas和同事讓外殼蛋白保持著基本完好。不過，他們改變了DNA，以產生指導蛋白，并將“楔入”細胞膜的那部分減掉，同時插入一個旨在抓住氫化酶的鏈接器。當研究人員將其放在一起并利用重新改造的病毒感染沙門氏菌時，新的指導蛋白幫助組裝了球體，并且將氫化酶的約100個拷貝插入每個球體內。

　　氫化酶的嚴密封裝使它們配對形成具有催化活性的復合體，而緊密堆積在一起的外殼蛋白能阻止氧氣擴散。隨后，研究人員將能擴散進球體中的質子和運載電子的分子摻入溶液中。氫化酶配對很容易將它們轉變成氫氣。事實上，正如上述團隊所報告的，這種設置將氫氣產生效率提高了100倍。