Крошечная, трудолюбивая бактерия, весящая одну триллионную грамма, вскоре может оказать большое влияние на переработку редкоземельных элементов экологически чистым способом.
В новом исследовании ученые Корнелла показывают, что генетическая инженерия этой бактерии может повысить эффективность очистки элементов, содержащихся в смартфонах, компьютерах, электромобилях и ветряных турбинах, и даже может стимулировать глобальные экономические цепочки поставок.
Бактерия Vibrio natriegens предлагает устойчивый метод , называемый биосорбцией, для извлечения ценных и необходимых элементов вместо использования старых, загрязняющих окружающую среду и тяжелых растворителей методов.
Исследование Корнелла «Множественные раунды случайного мутагенеза и отбора in vivo в Vibrio Natriegens приводят к существенному увеличению способности связывания РЗЭ» было опубликовано в журнале ACS Synthetic Biology.
«Традиционные термохимические методы разделения лантаноидов ужасны для окружающей среды», — сказал Буз Барстоу, доцент кафедры биологической и экологической инженерии Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни, автор корреспондента. «Эти элементы трудно очистить. Вот почему мы отправляем редкоземельные элементы в море — обычно в Китай — для их переработки».
Докторант Шон Медин и Анастейша Дрессел ’24 возглавили исследование по генетической инженерии штамма Vibrio natriegens, чтобы увеличить его способность биосорбировать или извлекать редкоземельные элементы.
Исследователи изменили геном Vibrio natriegens с помощью плазмиды под названием MP6, которая вносит в геном ошибки, а затем проверили мутантов на повышенную биосорбцию редкоземельных элементов. «Учитывая легкость обнаружения значительных биосорбционных мутантов, эти результаты подчеркивают, сколько генов, вероятно, способствуют биосорбции, — сказал он, — а также силу случайного мутагенеза в идентификации интересующих генов и оптимизации биологической системы для решения задачи».
Редкоземельные элементы играют решающую роль в современном обществе. Они встречаются в компьютерах, батареях и экологически чистых энергетических технологиях. В начале 2021 года Белый дом заказал оценку, которая позже выявила чрезмерную зависимость от иностранных источников и враждебных стран, обрабатывающих элементы, что создает национальную и экономическую безопасность.
Vibrio natriegens — и растущий набор бактериальных инструментов — предлагают способ безопасно доставить редкоземельные элементы и переработку минералов обратно в США. Например, на руднике редкоземельных элементов Mountain Pass в Калифорнии, недалеко от границы с Невадой, биологический переработка может вернуть этому руднику высокую производительность внутри страны, сказал Барстоу.
«Эта новая работа дает нам возможность перепрыгнуть через термохимические методы», — сказал Барстоу. «Мы можем создать эту и другие бактерии, и поскольку нам не нужно очищать белки, мы можем использовать такую систему гораздо дешевле, чем конкурирующие биологические процессы ».
По словам Барстоу, у США больше нет опыта в области методов термохимической обработки. «Для очистки редкоземельных элементов у нас теперь остались конкурирующие экологические методы», — сказал он. «Поэтому, даже если бы мы хотели использовать термохимические методы, мы, вероятно, не смогли бы. Мы больше не знаем, как это сделать».
Барстоу сказал: «Мы вынуждены изобретать способы решения этой проблемы».
Теги: биотехнологии
