变病毒为氢气

病毒纳米粒子能产生清洁氢气燃料。图片来源：Ella Marushchenko

　　活性细胞是组装大师。无论是将DNA塞进细胞核内，还是把生成能量的“机器”装入被称为线粒体的棒状细胞器，这些特有的生物学现象将任务分配到细胞内的专门“隔间”里，从而使不受干涉地开展特定工作变得更加简单。

　　美国印第安纳州研究人员正在遵循相同策略，将由病毒制成的中空纳米粒子内的酶分离，以产生用作燃料的氢气。这一过程尚未产生可同商业化替代产品竞争的足够氢气。不过，研究人员已将视线投向了旨在廉价产生大量燃料的改善方案。相关成果日前发表于《自然—化学》杂志。

　　很多不同细菌能产生氢分子，作为自身新陈代谢的燃料来源。它们利用氢化酶做到了这一点。氢化酶是催化质子和电子结合形成氢气分子的蛋白，并且能逆转这一过程，将氢气转变成能被用于为细胞新陈代谢提供能量的质子和电子。

　　由印第安纳大学布卢明顿分校化学家Trevor Douglas领导的团队从生物学上“隔间”的使用中汲取经验。他们从一种感染沙门氏菌的病毒——P22噬菌体入手。这些病毒会哄骗它们感染的细菌产生由一种外壳蛋白的420个拷贝组成的微小中空球体。它们还会诱导细菌产生帮助指导P22球体组装的第二组蛋白。

　　Douglas和同事让外壳蛋白保持着基本完好。不过，他们改变了DNA，以产生指导蛋白，并将“楔入”细胞膜的那部分减掉，同时插入一个旨在抓住氢化酶的链接器。当研究人员将其放在一起并利用重新改造的病毒感染沙门氏菌时，新的指导蛋白帮助组装了球体，并且将氢化酶的约100个拷贝插入每个球体内。

　　氢化酶的严密封装使它们配对形成具有催化活性的复合体，而紧密堆积在一起的外壳蛋白能阻止氧气扩散。随后，研究人员将能扩散进球体中的质子和运载电子的分子掺入溶液中。氢化酶配对很容易将它们转变成氢气。事实上，正如上述团队所报告的，这种设置将氢气产生效率提高了100倍。