Растущий спрос на редкоземельные элементы, или лантаноиды, которые являются критически важными компонентами современной электроники, электродвигателей и аккумуляторных батарей, ставит перед человечеством непростую задачу. Существующие методы их добычи не только дорогостоящие, но и наносят значительный вред окружающей среде. На помощь приходит биотехнология: группа австралийских ученых из ARC Center of Excellence in Synthetic Biology при Квинслендском технологическом университете во главе с профессором Кириллом Александровым разработала прототип биосенсора, способного с высокой точностью обнаруживать лантаноиды.
В основе новой технологии лежат так называемые молекулярные наномашины – специально спроектированные белки, которые связываются с лантаноидами и генерируют при этом обнаруживаемые сигналы. Ключевым элементом этого биосенсора является химерный белок, созданный путем соединения лантаноид-связывающего белка LanM и фермента бета-лактамазы, разрушающего антибиотики. Химерный белок работает как своего рода «переключатель»: он становится активным, то есть начинает производить сигнал, только при наличии лантаноидов. Этот механизм позволяет обнаруживать и количественно определять наличие редкоземельных элементов в жидкостях, используя либо видимые изменения цвета, либо электрические сигналы.
Уникальность подхода заключается в его высокой специфичности. В качестве доказательства концепции были использованы бактерии, модифицированные с помощью созданных химерных белков. Эти бактерии выживают в присутствии антибиотиков, которые обычно их убивают, только в том случае, если в среде присутствуют лантаноиды. Это наглядно демонстрирует, насколько избирательно реагирует белок на присутствие этих элементов. По словам профессора Александрова, это «один из лучших из когда-либо созданных белковых переключателей, который дал нам много информации о механике работы белковых переключателей».
Созданный биосенсор открывает широкие перспективы для решения ряда задач. В первую очередь он может быть использован для более эффективной и экологически безопасной добычи редкоземельных металлов, позволяя обнаруживать и извлекать их с большей точностью и меньшими затратами. Кроме того, технология позволяет конструировать живые организмы, способные не только обнаруживать, но и извлекать ценные металлы из окружающей среды, что, в свою очередь, открывает совершенно новые горизонты в области биоремедиации и ресурсосбережения.
В дальнейшем исследователи планируют повысить специфичность молекулярного «переключателя», чтобы он мог различать различные лантаноиды, которые имеют схожие химические свойства. Кроме того, они разрабатывают аналогичные «переключатели» для других критически важных элементов, не ограничиваясь только лантаноидами. Особый интерес представляет разработка микробов, которые могли бы извлекать редкоземельные металлы непосредственно из морской воды, что может стать революционным прорывом в добыче ресурсов.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Angewandte Chemie International Edition. Команда профессора Александрова ведет переговоры с потенциальными промышленными партнерами для внедрения новой технологии. Этот прорыв в синтетической биологии имеет огромный потенциал для развития новых, более устойчивых методов добычи ресурсов и решения глобальных экологических проблем.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе новой технологии лежат так называемые молекулярные наномашины – специально спроектированные белки, которые связываются с лантаноидами и генерируют при этом обнаруживаемые сигналы. Ключевым элементом этого биосенсора является химерный белок, созданный путем соединения лантаноид-связывающего белка LanM и фермента бета-лактамазы, разрушающего антибиотики. Химерный белок работает как своего рода «переключатель»: он становится активным, то есть начинает производить сигнал, только при наличии лантаноидов. Этот механизм позволяет обнаруживать и количественно определять наличие редкоземельных элементов в жидкостях, используя либо видимые изменения цвета, либо электрические сигналы.
Уникальность подхода заключается в его высокой специфичности. В качестве доказательства концепции были использованы бактерии, модифицированные с помощью созданных химерных белков. Эти бактерии выживают в присутствии антибиотиков, которые обычно их убивают, только в том случае, если в среде присутствуют лантаноиды. Это наглядно демонстрирует, насколько избирательно реагирует белок на присутствие этих элементов. По словам профессора Александрова, это «один из лучших из когда-либо созданных белковых переключателей, который дал нам много информации о механике работы белковых переключателей».
Созданный биосенсор открывает широкие перспективы для решения ряда задач. В первую очередь он может быть использован для более эффективной и экологически безопасной добычи редкоземельных металлов, позволяя обнаруживать и извлекать их с большей точностью и меньшими затратами. Кроме того, технология позволяет конструировать живые организмы, способные не только обнаруживать, но и извлекать ценные металлы из окружающей среды, что, в свою очередь, открывает совершенно новые горизонты в области биоремедиации и ресурсосбережения.
В дальнейшем исследователи планируют повысить специфичность молекулярного «переключателя», чтобы он мог различать различные лантаноиды, которые имеют схожие химические свойства. Кроме того, они разрабатывают аналогичные «переключатели» для других критически важных элементов, не ограничиваясь только лантаноидами. Особый интерес представляет разработка микробов, которые могли бы извлекать редкоземельные металлы непосредственно из морской воды, что может стать революционным прорывом в добыче ресурсов.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Angewandte Chemie International Edition. Команда профессора Александрова ведет переговоры с потенциальными промышленными партнерами для внедрения новой технологии. Этот прорыв в синтетической биологии имеет огромный потенциал для развития новых, более устойчивых методов добычи ресурсов и решения глобальных экологических проблем.
