공기를 전기로 바꾸는 효소 발견

공기로 에너지를 만드는 장치를 만드는 길이 열렸다. 호주 과학자들은 공기를 에너지로 전환하 효소를 발견했다.

네이처(Nature) 저널에 8일(현지시각) 발표된 연구 결과에 따르면 이 효소는 대기 중 소량의 수소를 사용하여 전류를 생성한다.

라이 그린터(Rhys Grinter) 박사가 이끄는 연구팀 Ashleigh Kropp Ph.D.학생과 호주 멜버른에 있는 모나쉬 대학(Monash University) 생의학 발견 연구소(Biomedicine Discovery Institute) 크리스 그리닝(Chris Greening) 교수는 일반적인 토양 박테리아에서 수소 소비 효소를 생산하고 분석했다.

팀의 최근 작업에 따르면 많은 박테리아가 영양이 부족한 환경에서 대기의 수소를 에너지원으로 사용하는 것으로 나타났다. Greening 교수는 “우리는 박테리아가 공기 중의 미량 수소를 에너지원으로 사용하여 남극 토양, 화산 분화구 및 심해를 포함하여 성장하고 생존할 수 있다는 사실을 한동안 알고 있었다. 하지만 우리는 지금까지 그들이 어떻게 이런 일을 했는지 몰랐다”고 말했다.

Nature 논문에서 연구원들은 Mycobacterium smegmatis라는 박테리아에서 대기 중 수소를 사용하는 효소를 추출했다. 그들은 Huc라고 불리는 이 효소가 수소 가스를 전류로 바꾸는 것을 보여주었다. Grinter 박사는 “Huc는 매우 효율적이다. 알려진 다른 모든 효소 및 화학 촉매와 달리 대기 수준보다 낮은 수준의 수소도 소비한다. 우리가 호흡하는 공기의 0.00005%에 불과하다”고 설명했다.

연구원들은 대기 중 수소 산화의 분자 청사진을 밝히기 위해 몇 가지 최첨단 방법을 사용했다. 그들은 원자 구조와 전기 경로를 결정하기 위해 첨단 현미경(cryo-EM)을 사용하여 현재까지 이 방법으로 보고된 가장 분해능이 높은 효소 구조를 생성하기 위해 경계를 넓혔다. 그들은 또한 정제된 효소가 미세한 수소 농도에서 전기를 생성한다는 것을 입증하기 위해 전기화학이라는 기술을 사용했다.

Kropp이 수행한 실험실 연구에 따르면 정제된 Huc를 장기간 보관할 수 있다. Kropp은 “그것은 놀라울 정도로 안정적이다. 효소를 얼리거나 섭씨 80도까지 가열하는 것이 가능하며 에너지를 생성하는 힘을 유지한다. 이것은 이 효소가 가장 극한 환경에서 박테리아의 생존을 돕는다는 것을 반영한다”고 말했다.

Huc는 공기나 첨가된 수소로부터 지속적인 전류를 생성하는 “천연 배터리”다. 이 연구는 초기 단계에 있지만 Huc의 발견은 예를 들어 태양열 장치의 대안으로 작은 공압 장치를 개발할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

Huc와 같은 효소를 생산하는 박테리아는 일반적이며 대량으로 자랄 수 있다. 이는 우리가 효소의 지속 가능한 공급원에 접근할 수 있음을 의미한다. Grinter 박사는 향후 작업의 주요 목표는 Huc 생산 규모를 확대하는 것이라고 말한다.