En demonstrationsflödesreaktor konstruerad av forskare vid Kyushu University omvandlar kontinuerligt källmaterial till aminosyror genom en reaktion som drivs av elektricitet. Genom att välja rätt kombination av elektrokatalysator och källmaterial, forskarna uppnådde mycket effektiv syntes av aminosyror. Denna metod för att producera aminosyror är mindre resurskrävande än nuvarande metoder, och liknande metoder kan en dag användas för att förse människor som lever i rymden med några av de nödvändiga näringsämnen de behöver för att överleva. Kredit:Szabolcs Arany, Kyushu universitet
Ny forskning från Kyushu University i Japan skulle en dag kunna hjälpa människor som lever borta från jorden en del av de näringsämnen de behöver för att överleva i rymden eller till och med ge ledtrådar till hur livet började.
Forskare vid Internationella institutet för kolneutral energiforskning rapporterade om en ny process som använder elektricitet för att driva den effektiva syntesen av aminosyror, öppnar dörren för enklare och mindre resurskrävande produktion av dessa nyckelkomponenter för livet.
Förutom att vara de grundläggande byggstenarna för proteiner, aminosyror är också involverade i olika funktionella material såsom fodertillsatser, smakförstärkare, och läkemedel.
Dock, de flesta nuvarande metoderna för att artificiellt producera aminosyror är baserade på fermentering med mikrober, en process som är tids- och resurskrävande, vilket gör det opraktiskt för produktion av dessa livsviktiga näringsämnen under utrymmesbegränsade och resursbegränsade förhållanden.
Således, forskare har letat efter effektiva produktionsmetoder som drivs av el, som kan genereras från förnybara källor, men ansträngningar hittills har använt elektroder av giftigt bly eller kvicksilver eller dyr platina och resulterat i låg effektivitet och selektivitet.
Takashi Fukushima och Miho Yamauchi rapporterar nu in Kemisk kommunikation att de lyckades effektivt syntetisera flera typer av aminosyror med hjälp av rikliga material.
"Den övergripande reaktionen är enkel, men vi behövde rätt kombination av utgångsmaterial och katalysator för att få det att faktiskt fungera utan att förlita oss på sällsynta material, säger Yamauchi.
Forskarna bestämde sig för en kombination av titandioxid som elektrokatalysator och en organisk syra som kallas alfa-ketosyra som nyckelmaterial. Titandioxid är rikligt tillgängligt på jorden, och alfa-ketosyra kan lätt extraheras från vedartad biomassa.
Placera alfa-ketosyran och en kvävekälla, såsom ammoniak eller hydroxylamin, i en vattenbaserad lösning och kör elektricitet genom den med två elektroder, en av dem var titandioxid, ledde till syntes av sju aminosyror - alanin, glycin, asparaginsyra, glutaminsyra, leucin, fenylalanin, och tyrosin – med hög effektivitet och hög selektivitet även under milda förhållanden.
Väte, som också behövs som en del av reaktionen, genererades under processen som ett naturligt resultat av att elektricitet kördes mellan elektroderna i vatten.
Förutom att demonstrera reaktionen, forskarna byggde också en flödesreaktor som kan elektrokemiskt syntetisera aminosyrorna kontinuerligt, anger möjligheterna att skala upp produktionen i framtiden.
"Vi hoppas att vårt tillvägagångssätt kommer att ge användbara ledtrådar för den framtida konstruktionen av konstgjorda kol- och kvävecykler i rymden, " kommenterar Yamauchi.
"Elektrokemiska processer tros också ha spelat en roll i livets uppkomst genom att producera grundläggande kemikalier för livet genom icke-biologiska vägar, så våra rön kan också bidra till att klargöra mysteriet med skapandet av liv, " tillägger hon.
