در یک مطالعه ژنومی جدید، خوشه‌های ژنی ناشناخته قبلی در باکتری‌های تولید کننده هیدروژن کشف شده است. این کشف می‌تواند پیامدهای مهمی برای تولید انرژی پاک داشته باشد.

ویبریوناسه(Vibrionaceae)، یک خانواده شناخته شده از باکتری‌های دریایی است که در درجه اول با «زیست‌تابی» شناخته می‌شوند. با این حال، آنها همچنین به دلیل وجود پاتوژن ایجاد کننده وبا بدنام هستند.

با وجود حضور گسترده آنها در اکوسیستم‌های اقیانوسی، این باکتری‌ها برای تولید سوخت زیستی مفید تلقی نشده بودند.

اکنون محققان دریافته‌اند که برخی از اعضای این خانواده باکتریایی توانایی منحصر به فردی در تولید مقادیر زیادی از گاز هیدروژن دارند. آنها با تجزیه یک ترکیب به نام فرمات(formate) از طریق تخمیر به این امر دست یافتند و در این فرآیند، هیدروژن و کربن دی اکسید تولید کردند. این ویژگی غیرمنتظره می‌تواند مسیر جدیدی برای توسعه راه حل‌های انرژی ارائه دهد.

شکستن مکانیسم ژنتیکی پشت تولید هیدروژن

یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی شامل پروفسور تومو ساوابه(Tomoo Sawabe) از دانشگاه هوکایدو، رامش کومار ناتاراجان(Ramesh Kumar Natarajan) از مؤسسه ملی علوم و فناوری بین رشته‌ای هند و فابیانو تامپسون(Fabiano Thompson) از دانشگاه فدرال ریودوژانیرو، تجزیه و تحلیل ژنومی را برای درک اساس ژنتیکی این پدیده انجام دادند. مطالعه آنها بر تعیین توالی تمام ۱۶ گونه شناخته شده از خانواده ویبریوناسه متمرکز بود.

محققان توجه خاصی به ساختار و عملکرد خوشه ژنی «Hyf-type formate hydrogenlyase» یا «FHL» داشتند. این ترکیب آنزیمی نقش مهمی در تجزیه فرمات به هیدروژن و کربن دی اکسید دارد. آنزیم مشابهی در باکتری «اشریشیا کولی»( Escherichia coli) وجود دارد، اما در مقایسه با ویبریوناسه مقادیر قابل توجهی هیدروژن کمتری تولید می‌کند.

پروفسور ساوابه گفت: این تجزیه و تحلیل‌ها تنوع غیرمنتظره خوشه‌های ژن FHL و روابط بین خوشه‌های ژنی و عملکرد در توانایی تولید هیدروژن را نشان می‌دهد.

این مطالعه دو نوع ناشناخته قبلی از خوشه‌های ژن FHL را شناسایی کرد که تعداد کلی در خانواده ویبریوناسه را به ۶ رساند. این تنوع احتمالاً به دلیل سازگاری باکتری‌ها با محیط‌های مختلف اکولوژیکی در طول زمان پدید آمده است.

تنوع در تولید، بین گونه‌های مختلف باکتری‌ها

محققان همچنین تغییرات تخمیر هیدروژن را در گونه‌های مختلف تجزیه و تحلیل کردند. آنها دریافتند که یک باکتری دریایی به نام «ویبریو تریتونیوس»(Vibrio tritonius) و گونه‌ای موسوم به «ویبریو پورتریسیا»(Vibrio porteresiae) که در برنج‌های وحشی زندگی می‌کند، بالاترین سطح تولید هیدروژن را نشان داد. در مقابل، باکتری‌های «ویبریو ایروژنز»(Vibrio aerogenes) و «ویبریو مانگروی»(Vibrio mangrove) کمترین هیدروژن را تولید کردند.

این مطالعه همچنین نشان داد که تولید هیدروژن با میزان کارآمدی باکتری‌ها در جذب فرمات مرتبط است و آنهایی که قابلیت جذب فرمات بهتری داشتند، قادر به تولید هیدروژن بیشتری بودند.

ساوابه توضیح داد: این ژنوتیپ‌ها متابولیسم فرمات را به عنوان یک عامل کلیدی احتمالی در حفظ تولید هیدروژن تخمیری در گروه‌های خاصی از ویبریوها تقویت می‌کنند.

محققان می‌گویند گونه‌های خاصی از باکتری‌ها تولید هیدروژن بالاتری را به عنوان مکانیزمی برای سم‌زدایی فرمات از محیط خود ایجاد کردند؛ مفهومی که آنها آن را «فرضیه سم‌زدایی فرمات» می‌نامند.

یافته‌های آنها همچنین می‌تواند بینشی در مورد تخمیر هیدروژن در سایر باکتری‌ها از جمله E. coli ارائه دهد.

این تحقیق نه تنها درک ما از تکامل میکروبی را افزایش می‌دهد، بلکه راه‌های جدیدی را برای مهار تولید هیدروژن باکتریایی برای کاربردهای انرژی پایدار ارائه می‌دهد.

این مطالعه در مجله Current Microbiology منتشر شده است.