Криобиологические сосуды > Энергия и биотехнология > Бесклеточные системы

Бесклеточные системы


Одна из привлекательных возможностей, предоставляемых тех­нологией «солнечной энергетики», заключается в использовании целых организмов как биологических катализаторов при произ­водстве аммиака и водорода за счет солнечной энергии. Опыты «с цианобактериями (сине-зелеными водорослями) и зелеными водорослями показали, что они способны образовывать водород и кислород путем прямого фотолиза воды. Лежащий в основе этого явления процесс фотосинтеза сформировался в результате генно-инженерной деятельности Природы. Фотосинтезирующие бактерии неспособны разлагать воду, но могут на свету образо­вывать большие количества водорода (без примесей кислорода) или аммиака. Для этого им нужны только простые органические и неорганические субстраты. Такие вещества содержатся в про­мышленных отходах, и поэтому превращение солнечной энергии фотосинтезирующими бактериями вполне может быть сопряже­но с переработкой отходов.
В ряде лабораторий ведутся на молекулярном уровне иссле­дования различных процессов образования водорода, а также механизмов реакции расщепления воды. В образовании водо­рода принимают участие гидрогеназа и нитрогеназа. Сегодня активно изучаются свойства этих ферментов из разных организ­мов, в частности механизмы регуляции их синтеза и активности, а также стабильность в  присутствии кислорода.  Предметом важных исследований является также образование восстанови­тельных эквивалентов и поток электронов к этим ферментам, которые при определенных условиях служат факторами, лими­тирующими активность. Эти опыты позволят понять суть ука­занных процессов и попытаться оптимизировать выделение во­дорода имеющимися в нашем распоряжении генетически оха­рактеризованными организмами. Ряд исследователей-генетиков занят отбором мутантов с повышенной способностью к образо­ванию водорода .или аммиака. Примерами удачного применения методов генетической инженерии для создания ферментов с же­лаемыми свойствами может быть получение устойчивой к кис­лороду гидрогеназы. Удалось повысить содержание гидрогеназ в клетках и получить микроорганизмы, способные выделять (фиксированный ими азот в окружающую среду в форме амми­ака.
В ходе первых исследований была отчасти выяснена физио­логическая и биохимическая основа процессов образования Н2 л NH3 у фотосинтезирующих организмов, определены условия, необходимые для максимального проявления этой способности. В будущем на основе результатов опытов с целыми клетками мы сможем подобрать условия для максимального и долговременного образования Н2 и NH3) оценить техническую возмож­ность создания лабораторных реакторов с иммобилизованны­ми клетками фотосинтезирующих организмов.