Een vrij simpele ingreep moet voldoende zijn om algen meer waterstof te laten maken, en minder koolhydraten. Kwestie van de kat op het spek binden, of liever gezegd de enzymkatalysator op het ferredoxine.

Tot die waterstofproductie zijn veel micro-algen en cyanobacteriën van nature in staat. Ze doen het echter alleen onder strikt zuurstofloze condities, en zelfs dan alleen als het echt nodig is. Ze gebruiken de beschikbare energie zo veel mogelijk om suikers aan te maken, waar ze meer aan hebben.

Die waterstof wordt gegenereerd door een hydrogenase-enzym (HydA), dat daartoe gereduceerd ferredoxine (Fd) opnieuw oxideert. Dat gereduceerde ferredoxine wordt aangeleverd door de fotosynthese van de alg (fotosysteem 1, om precies te zijn).

Gereduceerd ferredoxine dient echter tevens de elektronendonor voor een reeks andere metabolische processen, waaronder de omzetting van NADP⁺ in NADPH dat de alg weer nodig heeft om koolstof uit CO₂ vast te leggen in koolhydraten. Die reactie wordt gekatalyseerd door een ander enzym genaamd FNR, wat staat voor ferredoxine:NADP⁺-oxidoreductase.

Zolang er zuurstof aanwezig is, draait deze laatste reactie op volle toeren. De HydA-productie wordt pas bijgezet wanneer de cel zuurstof en koolstof tekort komt om koolhydraten te maken, en hij zijn overtollige elektronen alleen nog maar in waterstofproductie kwijt kan. Op dat moment concurreren beide enzymen dus in feite met elkaar.

In PNAS melden onderzoekers van het MIT en Tel Aviv University nu om te beginnen de ontdekking dat die competitie wordt beïnvloed door het feit dat HydA in water oplost en vrij rondzweeft. FNR daarentegen zit gebonden aan het membraan van de thylakoïden waarin de fotosynthese plaatsheeft. Zo zit dit enzym dus letterlijk bovenop de ferredoxinevoorziening en houdt HydA uit de weg.

Vervolgens was de redenering dat die competitie wellicht de andere kant uit is te beïnvloeden door HydA vast aan ferredoxine te koppelen. Zo’n combinatie is te maken door beide verantwoordelijke genen aan elkaar te monteren, met een korte sequentie er tussen die codeert voor een ‘koppelstuk’ van een stuk of 15 aminozuren. Die combinatie breng je vervolgens tot expressie in een E.coli-kweekje.

Na opzuivering van de gekoppelde eiwitten werd in vitro geprobeerd of ze de competitie met de NADPH-productie nu beter aankonden. Dat bleek inderdaad het geval: de waterstofproductie kon well een factor 6 hoger worden dan wanneer je de twee eiwitten er los bij deed. Van de elektronen, die vrijkwamen uit de fotosynthese, werd op zo’n moment 60 procent gebruikt voor waterstofsynthese.

De volgende uitdaging is om dit kunstje daadwerkelijk in een alg in te bouwen, en te kijken of die dan ook meer waterstof gaat produceren dan eigenlijk goed voor hem is.

bron: MIT, PNAS