שתפו‬        

ד"ר דניאל מדר

דלק ויראלי

27 בינואר 2016



כך נראה העתיד: מכוניות מונעות בדלק מימן. צילום: Scott Kidder, Flickr
כך נראה העתיד: מכוניות מונעות בדלק מימן. צילום: Scott Kidder, Flickr

 

הבעיה הקשה ביותר הנובעת משימוש בדלקי מאובנים המבוססים על פחמן היא העובדה שהשימוש בהם משחרר לאטמוספרה גזי חממה כמו מתאן ופחמן דו-חמצני, שגורמים לכליאת אנרגיה באטמוספרה ובסופו של דבר לשינוי אקלים. פתרון אחד שהוצע לבעיה הזו הוא מעבר לדלקים שאינם מבוססי פחמן, שאינם פולטים פחמן דו-חמצני בעת שריפתם.

דוגמה לדלק כזה הוא מימן שבעת שריפתו לא נפלטים לאטמוספרה גזי חממה או מזהמים אחרים, אלא מים שאינם מזיקים לסביבה. לכן המימן נחשב כחומר דלק מבטיח לשימוש בתחבורה בתוך הערים. עם זאת, כיום עדיין קשה לייצר אותו, לכן דלק זה יקר מאוד לעומת דלקים קונבנציונליים.

אחת השיטות הפשוטות ביותר לייצר מימן היא לבצע אלקטרוליזה למים: מעבירים דרכם זרם חשמלי שגורם לשבירת מולקולות המים למימן ולחמצן. הבעיה היא ששיטה זו צורכת חשמל רב שיכול לשמש להנעת מכונית חשמלית, במקום לייצר מימן.

פריצת דרך בתחום אולי תגיע ממחקר חדש, שבו חוקרים השתמשו בווירוסים כדי לייצר מימן. וירוסים הם חלקיקים אורגניים זעירים שאינם חיים באמת – הם לא מסוגלים לקיים מטבוליזם (חילוף חומרים), נשימה תאית או להשתכפל בכוחות עצמם. בדרך כלל הם מכילים חומר תורשתי המקודד לפחות מ-20 גנים. הווירוסים מכילים קוד שמחייב תאים מודבקים לשנות את פעילותם לטובת הפולשים, לשלב את החומר התורשתי שלהם בחומר התורשתי של התא החטוף, לשכפל ולהפיץ את הווירוסים ופעמים רבות גם למות.

בנה קופסתך

בשל היותם חלקיקים אורגניים מינימליסטיים, הווירוסים הם אמני הבנייה העצמית (self-assembly). הם בנויים ממעט חומר תורשתי, כמה חלבונים פנימיים שעוטפים אותו, לפעמים אנזימים מסוימים וכן חלבוני מעטפת שיוצרים קופסית שגם מגנה על הווירוס וגם בעלת תפקיד בקישור ובחדירת הווירוס אל תא חטוף חדש.

כשהתא החטוף מייצר את חלקי הווירוס (את החומר תורשתי, החלבונים הפנימיים וחלבוני המעטפת), הם נקשרים זה לזה באופן עצמאי, ללא צורך בגורם חיצוני שיחבר אותם. החיבור הזה מתאפשר הודות להרכב המיוחד של חלקיקי הווירוס ולתנאים השוררים בתוך התא החטוף.

איור של הווירוס שבו השתמשו במחקר:  בקטריופאג' P22, צילום: מתוך המחקר
איור של הווירוס שבו השתמשו במחקר: בקטריופאג' P22, צילום: מתוך המחקר

במחקר החדש הנדסו וירוס כך שבתהליך הבנייה העצמי שלו בתוך התא הוא עוטף בתוכו אנזימי הידרוגנאז (hydrogenase) המייצרים מימן. כדי לפעול כמו שצריך, אנזימי ההידרוגנאז צריכים ליצור קומפלקס (מבנה המורכב מכמה יחידות) של שתי יחידות הידרוגנאז. אבל כשמבודדים אותם מתוך חיידקים ומניחים אותם בתמיסה, הקומפלקסים מתפרקים ויעילות עבודתם צונחת. נוסף על כך, החמצן שבתמיסה מעכב אותם, בעוד שהוא כמעט לא מצליח לחדור לתוך החיידקים מייצרי המימן.

החוקרים הראו שקופסיות הווירוס מכריחות את האנזימים שבתוכם להיצמד זה לזה, להפוך לקומפלקסים הפעילים ולאפשר ייצור מימן יעיל בתמיסה. הקופסיות הצפופות גם מצמצמות מאוד את חדירת החמצן המעכב. בסופו של התהליך שעליו נכתב המאמר נמצא שההידרוגנזות ייצרו מימן ביעילות גבוהה פי 100 מאשר בניסויים קודמים.

מערכת זו עדיין לא בשלה לשימוש מסחרי אבל היא מקדמת את התחום לכיוון הזה. בימים אלה נערכים מחקרים מקבילים (אותם החוקרים חושבים קדימה, ומשתמשים באותה הטכנולוגיה לייצור דלקים נוספים) שבהם מנסים לשלב אנזימים שונים בתוך קופסיות וירליות לשם ייצור סוגי דלק מורכבים יותר כמו מתנול או מתאן. נראה שאפשר יהיה להשתמש בשיטה זו גם לייצור חומרים אחרים כמו ויטמינים ותרופות.

לקריאת המחקר המקורי שפורסם בכתב העת Nature  לחצו כאן.




שתפו‬        


הירשמו לניוזלטר שלנו

עקבו אחרי זווית