Ett team av forskare, ledd av University of Bristol, har utvecklat ett nytt fotosyntetiskt proteinsystem som möjliggör en förbättrad och mer hållbar strategi för soldrivna tekniska enheter.

Initiativet är en del av en bredare insats inom syntetisk biologi att använda proteiner i stället för konstgjorda material som ofta är knappa, dyrt och kan vara skadligt för miljön när enheten blir föråldrad.

Syftet med studien, publicerad idag i Naturkommunikation , var utvecklingen av "chimera" fotosyntetiska komplex som visar polykromatisk skörd av solenergi.

För första gången, forskarna kunde bygga ett enda proteinsystem som använder både klorofyll och bakterioklorofyll, och därmed har visat att de två pigmentsystemen kan arbeta tillsammans för att uppnå solenergiomvandling.

Huvudförfattare till studien och Reader in Biochemistry vid University of Bristol, Dr Mike Jones, sa:

"Förr, två huvudtyper av proteiner har använts för omvandling av solenergi i tekniska enheter. De första är från 'syresyra' fotosyntetiska organismer -växter, alger och cyanobakterier - som innehåller klorofyll som sitt främsta fotosyntetiska pigment och producerar syre som en avfallsprodukt från processen. Den andra är från 'anoxygena' organismer, bakterier som innehåller bakterioklorofyll som sitt primära fotosyntetiska pigment.

"Vi har samlat dessa två proteiner, från mycket olika delar av den fotosyntetiska världen, i ett enda biologiskt fotosystem som möjliggör utvidgad solhämtning. Vi har också visat att detta system kan kopplas samman med konstgjorda elektroder för att uppnå utökad sol-till-elektrisk omvandling. "

Forskarna, från universitetets BrisSynBio Institute, i samarbete med fotoelektrokemikolleger vid Free University Amsterdam, renat ett "reaktionscentrum" -protein från en lila-färgad fotosyntetisk bakterie och ett ljust skördande protein från en grön växt (faktiskt tillverkad rekombinant i E. coli) och låst dem permanent tillsammans med hjälp av en länkningsdomän som tagits från en andra bakterie. Resultatet är det första enda komplexet med en väldefinierad protein- och pigmentkomposition som visar expanderad solenergiomvandling.

Den BBSRC- och EPSRC-finansierade studien var till stor del verk av Dr Juntai Liu, en doktorsexamen student vid University of Bristols centrum för doktorandutbildning i syntetisk biologi. Detta genombrott är ett exempel på ett syntetiskt biologiskt tillvägagångssätt, behandla proteiner som komponenter som kan sättas ihop på nya och intressanta sätt med ett gemensamt och förutsägbart gränssnitt.

"Detta arbete visar att det är möjligt att diversifiera proteinsystemen som kan byggas in i enheter utöver de som naturen levererar, med ett enkelt tillvägagångssätt som uppnås enbart genom genetisk kodning, "sa Dr. Jones.

Dr Jones sa att nästa steg var att utöka paletten med fotosyntetiska pigment, använder proteiner från cyanobakterier som innehåller bilinpigment som absorberar gult och orange ljus, och att utforska kopplingsenzymer till dessa nya fotosystem för att använda solljus för att driva katalys.