Novou generaci baterií by mohly postavit viry

Můžou viry být užitečné pro průmysl a civilizaci? V dnešní situaci zní taková otázka hloupě – americký tým z MIT však již dekádu upravuje viry do podoby jakýchsi nanorobotů. A pyšní se tím, že viry již naučil produkovat nejrůznější materiály včetně baterií.

Hrdina se špatným renomé?

Viry dnes nemají zrovna nejlepší pověst – a není třeba dlouze vysvětlovat, proč tomu tak je. Zároveň však platí, že viry můžou z pohledu člověka být nástroj jako kterýkoliv jiný – dobrý sluha, ale špatný pán. Mikrobiologové teprve nedávno došli k tomu, že virové částice jsou nejspíše extrémně častým jevem všude kolem nás. Dva roky nazpět studie španělské ekoložky Isabel Reche odhalila, že vysoko v atmosféře – ale níže, než létají dopravní letadla – zřejmě cirkuluje celý doposud nepopsaný virový biom! Jak je možné, že jsme si ho doteď nevšimli?

Důvodem je náš antropocentrismus – zjednodušeně řečeno, virů jsme si pro jejich titěrnou velikost typicky všímali, jenom pokud měly vliv na nás samotné. A to typicky znamenalo způsobení epidemií a pandemií. Zdá se však, že mnohonásobně vyšší množství virů se vůči nám chová neškodně, či přinejmenším inertně.

Existuje dokonce vršící se počet důkazů, podle nichž hrají viry zřejmě pozitivní roli během evoluce. Dovedou totiž předávat geny mezi organismy. Tento takzvaný horizontální přenos mezi druhy, které by jinak nebyl možný, nejspíše hrál významnou úlohu i během vývoje komplexních organismů. Podle studie Elissy Pastuzyn z roku 2018 existuje dokonce hypotéza, podle níž je naše vědomí přímo důsledkem genů předaných horizontálně pomocí virů. Pokud tedy přistoupíme na to, že viry můžou být dobrý sluha, ale špatný pán – jaké možnosti nám vlastně nabízejí? Podle nejnovější práce z dílny MIT by viry mohly být základem nové generace baterií.

Jáchyme, hoď ho do zdroje

Pomineme-li akutnější hrozby současnosti, poptávka po stále lepších bateriích patří mezi velké tahouny dnešní civilizace. Obnovitelné zdroje, kapesní počítače (alias chytré telefony), elektromobily – to vše stojí a padá na tom, jak levně a ekologicky budeme v budoucnu moct stavět i nové baterie. A ačkoliv různé vědecké týmy hledají i baterie využívající k chemickému uložení nové materiály, popřípadě zkoumají fyzikální uložení energie, tým z MIT již dekádu pracuje na kombinaci virů a lithium-iontových baterií.

Profesorka Angela Belcher přišla s ideou již v roce 2009. Podařilo se jí tehdy sestavit kladné a záporné elektrody li-ion baterie s pomocí virů v roli pracantů. Metoda potenciálně již tehdy slibovala pomocí tohoto procesu snížit toxicitu produkčního procesu baterií. Od té doby však výzkum výrazně pokročil.

Viry v jejím výzkumu dnes dovedou pracovat se 150 různými materiály, a zdá se, že by mohly budovat nejenom baterie, ale i solární panely a dost možná i další předměty. Belcher dokonce přišla s ideou jakéhosi „auta poháněného viry“ – což je samozřejmě stále v mlze budoucnosti. Dnes však takový nápad působí podstatně méně nereálně než dekádu nazpět. Jak ale vlastně viry přikládají ruku k dílu?

Viry samy o sobě stojí na pomezí mezi životem a ne-životem. Daly by se přirovnat k jakýmsi zombies buněčného mikrosvěta. Viry jsou sice plné RNA a DNA čili znaků spojených s formami života, nedovedou se ale samy o sobě množit. K tomu potřebují hostitelské buňky. V případě nového koronaviru to způsobuje, naneštěstí pro nás, sérii reakcí, které můžou vést ke smrti hostitele. Nemusí to však platit pro všechny typy virů. S tím, jak se navíc buněční inženýři zlepšují ve zdokonalování ovládání buněk, ovládání virů se zdá být dalším logickým milníkem oboru.

Tým profesorky Belcher využívá bakteriofágu M13, podlouhlého viru. Výzkumníci postupně zjistili, které stimuly ve formě materiálů virus donutí k optimální reakci. Přírodní či geneticky vložené informace přitom viry přimějí k úpravě povrchu, na který se viry dovedou přichytit. Když se pak u podobného viru obětuje pár buněk a vzniknou jeho kopie, miliony následovníků dovedou například vytvořit bílkovinu, která k sobě přitahuje oxid kobaltu. V důsledku toho s dostatkem času vzniká nanodrát, který může být využit jako nanoelektroda. Viry tak v zásadě slouží jako jakési (a)biologické nanostroje.

Blízko, ale přece tak daleko

Do průmyslového využití má postup stále velmi daleko – momentální verze metody by byla užitečná pouze pro nanoelektroniku, protože dovede produkovat jenom malé množství kýžených materiálů. Nelze však vyloučit, že v budoucnu tomu může být jinak a viry budou s to vytvářet i rozměrnější předměty.

Těžko si ovšem představit, nakolik bude hypotetické využití virů v energetice populární po roce 2020. Výzkumníci samozřejmě dbají na bezpečnost – pokud by viry, s nimiž pracují, byly rizikové pro lidi, byli by ostatně první na ráně. Ve světě po pandemické hrozbě nového koronaviru však ani takové ujištění nemusí stačit ke spokojenosti.

Je tak samozřejmě rovněž možné, že investice do potenciálně méně toxické produkce baterií, solárních panelů a dalších předmětů budou podobně nepopulární jako jaderná energie po havárii v Černobylu. Nakolik tím můžeme v součtu zvýšit znečištění planety, či naopak snížit obavy z další nákazy, je spíše statistická otázka, na níž nikdo nebude mít jen tak odpověď. Byla by ovšem škoda přehlížet pozitiva, které můžou viry civilizaci nabídnout. Konec konců, také oheň znamenal a může i dnes mnohdy znamenat zkázu – ale bez odvahy a přijetí ohně našimi předky bychom dnes nebyli tam, kde jsme.

Text: Ladislav Loukota