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

ویبریوناسه(Vibrionaceae)، یک خانواده شناخته شده از باکتری‌های دریایی است که در درجه اول با «زیست‌تابی» شناخته خواهد شد. با این حال، آنها این چنین به علت وجود پاتوژن تشکیل کننده وبا بدنام می باشند.

با وجود وجود گسترده آنها در اکوسیستم‌های اقیانوسی، این باکتری‌ها برای تشکیل سوخت زیستی سودمند برداشت نشده بودند.

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

شکستن مکانیسم ژنتیکی پشت تشکیل 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 فهمیدن مبنا ژنتیکی این اتفاق انجام دادند. مطالعه آنها بر تعیین توالی همه ۱۶ گونه شناخته شده از خانواده ویبریوناسه متمرکز می بود.

محققان دقت خاصی به ساختار و کارکرد 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 شبیهی در باکتری «اشریشیا کولی»( Escherichia coli) وجود دارد، اما در قیاس با ویبریوناسه مقادیر قابل توجهی هیدروژن کمتری تشکیل می‌کند.

پروفسور ساوابه او گفت: این تجزیه و تحلیل‌ها تنوع غیرمنتظره خوشه‌های ژن FHL و روابط بین خوشه‌های ژنی و کارکرد در توانایی تشکیل هیدروژن را مشخص می کند.

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 به گمان زیادً به علت سازگاری باکتری‌ها با محیط‌های گوناگون اکولوژیکی در طول زمان پدید آمده است.

تنوع در تشکیل، بین گونه‌های گوناگون باکتری‌ها

محققان این چنین تغییرات تخمیر هیدروژن را در گونه‌های گوناگون تجزیه و تحلیل کردند. آنها دریافتند که یک باکتری دریایی به نام «ویبریو تریتونیوس»(Vibrio tritonius) و طوری موسوم به «ویبریو پورتریسیا»(Vibrio porteresiae) که در برنج‌های وحشی زندگی می‌کند، بیشترین سطح تشکیل هیدروژن را نشان داد. در روبه رو، باکتری‌های «ویبریو ایروژنز»(Vibrio aerogenes) و «ویبریو مانگروی»(Vibrio mangrove) کمترین هیدروژن را تشکیل کردند.

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

ساوابه گفت: این ژنوتیپ‌ها متابولیسم فرمات را به گفتن یک عامل کلیدی احتمالی در نگه داری تشکیل هیدروژن تخمیری در گروه‌های خاصی از ویبریوها تحکیم می‌کنند.

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

یافته‌های آنها این چنین می‌تواند بینشی در رابطه تخمیر هیدروژن در دیگر باکتری‌ها از جمله E. coli اراعه دهد.

این تحقیق نه تنها فهمیدن ما از تکامل میکروبی را افزایش می‌دهد، بلکه راه‌های جدیدی را برای مهار تشکیل هیدروژن باکتریایی برای کاربردهای انرژی پایدار اراعه می‌دهد.

این مطالعه در مجله Current Microbiology انتشار شده است.