Этот живой материал очищает воду, превращая загрязнители в безвредные молекулы

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, рассматривается инновационный тип «инженерного живого материала», который может быть использован для обеззараживания воды путем преобразования органических загрязнителей в безвредные молекулы.

Материал представляет собой 3D-печатную конструкцию с полимером на основе морских водорослей, соединенную с генетически модифицированными бактериями, которые создают фермент, отвечающий за обеззараживание. После завершения процесса обезвреживания бактерии самоуничтожаются при встрече с молекулой, известной как теофиллин.

Это исследование, проведенное под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego), может помочь снизить уровень загрязнения воды без вредных побочных эффектов для окружающей среды.

«Инновационным является соединение полимерного материала с биологической системой, что позволяет создать живой материал, способный функционировать и реагировать на раздражители так, как не могут обычные синтетические материалы», — сказал д-р Джон Покорски, профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего и соавтор исследования.

Для проведения исследования ученые сначала изготовили гель, гидратировав полимер на основе морских водорослей, известный как альгинат, а затем соединили его с цианобактерией, которая является водной фотосинтезирующей бактерией. После смешивания гель был помещен в 3D-принтер, где исследователи нашли геометрическую форму, обеспечивающую наибольшее соотношение площади поверхности и объема. Это соотношение повышает эффективность обеззараживания материала, которое цианобактерии осуществляют с помощью генной инженерии, вырабатывая обеззараживающий фермент лакказ.

Предыдущие исследования показали, что лакказа эффективно нейтрализует множество органических загрязнителей, включая красители, которые команда успешно удалила из водного раствора с помощью нового материала. После завершения нейтрализации исследователи добавляют теофиллин для уничтожения бактерий.

«Живой материал может воздействовать на интересующий нас загрязнитель, а затем в него можно добавить небольшую молекулу для уничтожения бактерий», — говорит Покорски. «Таким образом, мы можем снять любые опасения по поводу того, что генетически модифицированные бактерии могут остаться в окружающей среде».

В дальнейшем исследователи надеются создать бактерии, способные самоуничтожаться самостоятельно, без внешнего воздействия.

Datta, D., Weiss, E.L., Wangpraseurt, D. et al. Phenotypically complex living materials containing engineered cyanobacteria. Nat Commun 14, 4742 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40265-2