Vätgas, framtidens energibärare, från cyanobakterier
Thomas Larsson
Användning av fossila bränslen bidrar till växthuseffekten. Tillgången på dessa bränslen
kommer dessutom att minska i framtiden. Därmed har behovet av en förnybar energikälla fri
från växthusgaser vuxit allt starkare. En energikälla som verkar kunna uppfylla dessa krav är
vätgas (H2). Använd i en bränslecell bildas el och vatten. En av utmaningarna ligger i att
hitta ett sätt att framställa vätgas på som inte bara är förnybart, utan också ekonomiskt
hållbart. Helst ska solenergi kunna utnyttjas för att producera vätgas.
Cyanobakterier är mikroorganismer med fotosyntes: de kan alltså ta vara på solens
energi och omvandla den till en form som är användbar för de egna cellerna. Vissa
cyanobakterier kan använda energin och enzymet nitrogenas till att göra om kvävgas i luften
(N2) till kväveföreningar som cellen har nytta av. I den här processen produceras en liten
mängd vätgas som biprodukt, men gasen återvinns av cellen med hjälp av ett så kallat
upptagshydrogenas, vilket alltså inte är önskvärt om man vill använda cyanobakterier för att
producera vätgas. Både nitrogenaset och hydrogenaset är syrekänsliga, så för att
cyanobakterierna ska kunna leva i aeroba miljöer (alltså där luft finns) har de utvecklat
särskilda celler, så kallade heterocyster, som blir som små syrefria fabriker för N2-fixering
och H2-produktion.
Cyanobakterier kan också bilda ett annat hydrogenas, det så kallade bidirektionella, som
både kan producera och ta upp H2. Mitt projekt syftade till att introducera ett bidirektionellt
hydrogenas i en cyanobakterie, gärna i en heterocyst. Nostoc punctiforme är en
heterocystbildande cyanobakterie som normalt inte har det bidirektionella hydrogenaset, och
det finns en mutant av bakterien där upptagshydrogenaset inte kan bildas. Därför användes
denna cyanobakterie, som då skulle kunna producera vätgas i aeroba miljöer. Då skulle man
slippa konstruera ett dyrt anaerobt (syrefritt) system för bakterierna att leva i.
Genom att använda kända genetiska metoder klonades generna för ett bidirektionellt
hydrogenas från en nära släkting till N. punctiforme. Vektorn var gjord för att generna skulle
kunna translateras till ett enzym (protein) när den hade introducerats i N. punctiforme.
Sekvensering visade att en av generna var längre än den publicerade, det vill säga en av
generna jag hade klonat var för kort. Jag fortsatte med att klona den längre genen och
projektet har kommit så långt att man nu bör verifiera att rätt gener har introducerats i Nostoccellerna innan direkta mätningar utförs på om de skrivs av, transkriberas, och bildar ett aktivt
enzym med H2-utveckling.
Än så länge finns det inga publikationer på en lyckad introduktion av ett ”icke
cyanobakteriellt” hydrogenas i någon cyanobakterie. Jag har i mitt examensarbete tagit de
första stegen till att introducera det bidirektionella hydrogenaset från svavel-bakterien
Thiocapsa roseopersicina i cyanobakterien Nostoc punctiforme.
Examensarbete i biologi, 20 p, HT 2006
Institutionen för biologisk grundutbildning och Institutionen för fotokemi och molekylär
vetenskap, Uppsala Universitet
Handledare: Thorsten Heidorn & Peter Lindblad
