Маленькая бактерия может оказать большое влияние на переработку редкоземельных элементов
Крошечная, трудолюбивая бактерия Vibrio natriegens (весом в одну триллионную грамма) может вскоре оказать большое влияние на экологически чистую переработку редкоземельных элементов (РЗЭ).
Исследование Корнеллского университета показывает, что генетическая модификация этой бактерии может повысить эффективность очистки элементов, используемых в смартфонах, компьютерах, электромобилях и ветряных турбинах, и даже укрепить глобальные экономические цепочки поставок.
Vibrio natriegens предлагает устойчивый метод — биосорбцию — для извлечения ценных элементов вместо использования старых, загрязняющих, насыщенных растворителями методов.
Исследование "Multiple Rounds of In Vivo Random Mutagenesis and Selection in Vibrio Natriegens Result in Substantial Increases in REE Binding Capacity" опубликовано в ACS Synthetic Biology.
Проблема традиционных методов
- "Традиционные термохимические методы разделения лантаноидов ужасны для окружающей среды", — заявил Баз Барстоу, доцент кафедры биологической и экологической инженерии, ведущий автор.
- Эти методы сложны, поэтому переработку РЗЭ часто отправляют за границу, в основном в Китай.
Генетическая инженерия для улучшения биосорбции
- Докторант Шон Медин и Анастасия Дрессель '24 возглавили работу по генетической модификации штамма Vibrio natriegens.
- Исследователи изменили геном бактерии с помощью плазмиды MP6, которая вносит ошибки в геном. Затем они отобрали мутантов с повышенной способностью к биосорбции РЗЭ.
- "Учитывая легкость нахождения значительных мутантов по биосорбции, эти результаты подчеркивают, как много генов, вероятно, влияют на биосорбцию, а также силу случайного мутагенеза в идентификации генов, представляющих интерес", — отметил Барстоу.
Значение для экономики и безопасности
- РЗЭ критически важны для современных технологий.
- В начале 2021 года Белый дом заказал оценку, которая выявила чрезмерную зависимость от иностранных источников и переработки в недружественных странах, что создает угрозы национальной и экономической безопасности.
Перспективы биологической переработки
- Vibrio natriegens и другие бактериальные инструменты предлагают способ безопасно вернуть переработку РЗЭ и минералов в США.
- Например, биологическая переработка могла бы восстановить устойчивую внутреннюю производительность на руднике Mountain Pass в Калифорнии.
- "Эта новая работа дает нам шанс перепрыгнуть через термохимические методы", — сказал Барстоу. — "Мы можем проектировать эту и другие бактерии, и поскольку нам не нужно очищать белки, мы можем управлять такой системой гораздо дешевле, чем конкурирующими биологическими процессами".
Необходимость инноваций
- По словам Барстоу, США больше не обладают опытом в области термохимических методов переработки. "Для очистки редкоземельных элементов у нас теперь остались конкурирующие зеленые методы... Нас заставляют искать инновационный выход из этой проблемы".