Light-Driven [FeFe] Hydrogenase Based H2 Production in E. coli: A Model Reaction for Exploring E. coli Based Semiartificial Photosynthetic Systems

氢化酶 大肠杆菌 催化作用 化学 制氢 光合作用 生物催化 组合化学 光化学 纳米技术 材料科学 生物化学 反应机理 基因
作者
Marco Lorenzi,Mira T. Rupp,Holly J. Redman,Henrik Land,Moritz Senger,Gustav Berggren
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (33): 10760-10767 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c03657
摘要

Biohybrid technologies like semiartificial photosynthesis are attracting increased attention, as they enable the combination of highly efficient synthetic light-harvesters with the self-healing and outstanding performance of biocatalysis. However, such systems are intrinsically complex, with multiple interacting components. Herein, we explore a whole-cell photocatalytic system for hydrogen (H2) gas production as a model system for semiartificial photosynthesis. The employed whole-cell photocatalytic system is based on Escherichia coli cells heterologously expressing a highly efficient, but oxygen-sensitive, [FeFe] hydrogenase. The system is driven by the organic photosensitizer eosin Y under broad-spectrum white light illumination. The direct involvement of the [FeFe] hydrogenase in the catalytic reaction is verified spectroscopically. We also observe that E. coli provides protection against O2 damage, underscoring the suitability of this host organism for oxygen-sensitive enzymes in the development of (photo) catalytic biohybrid systems. Moreover, the study shows how factorial experimental design combined with analysis of variance (ANOVA) can be employed to identify relevant variables, as well as their interconnectivity, on both overall catalytic performance and O2 tolerance.
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