I biologi della QUT hanno sviluppato un prototipo per un biosensore innovativo che può rilevare gli elementi delle terre rare e che può essere modificato per una serie di altre applicazioni.
Biosensore degli scienziati della QUT, cos’è e come funziona
I lantanoidi (Lns) sono elementi utilizzati in elettronica, motori elettrici e batterie; il problema è che non possiamo estrarne abbastanza per soddisfare la domanda crescente e i metodi di estrazione attuali sono costosi e dannosi per l’ambiente.
Il professor Kirill Alexandrov e i suoi colleghi, provenienti dal Centro di Agricoltura e Bioeconomia della QUT e dal Centro di Eccellenza in Biologia Sintetica dell’ARC, hanno ingegnerizzato delle proteine per creare nanomacchine molecolari che generano segnali facilmente rilevabili quando si legano selettivamente ai lantanoidi.
Insieme al professor Alexandrov, il team di ricerca internazionale ha coinvolto i ricercatori della QUT Dr Zhong Guo, Patricia Walden e la dr.ssa Zhenling Cui, in collaborazione con i ricercatori della piattaforma di biologia ingegneristica avanzata della CSIRO e della Clarkson University (USA).
I risultato del prototipo dio biosensore per terre rare
Pubblicando i loro risultati su Angewandte Chemie International, il team descrive l’ingegnerizzazione di una proteina ibrida, o “chimera”, combinando una proteina legante i lantanoidi, LanM, con un enzima che degrada gli antibiotici chiamato beta-lattamasi.
Questa chimera agisce come un “interruttore” che diventa attivo solo in presenza di lantanoidi. Può essere utilizzato per rilevare e quantificare i lantanoidi nei liquidi, producendo un cambiamento di colore visibile o un segnale elettrico.
Il nuovo biosensore sul campo
In modo impressionante, i batteri modificati con queste chimeri sono stati in grado di sopravvivere alla presenza di antibiotici che altrimenti li avrebbero uccisi, ma solo quando i lantanoidi erano presenti. Questo evidenzia quanto siano precisi i segnali delle proteine in risposta a questi metalli rari.
“Questo lavoro apre possibilità entusiasmanti per l’utilizzo della biologia per rilevare e recuperare i metalli delle terre rare“, ha dichiarato il professor Alexandrov, che ha aggiunto: “Il prototipo [di biosensore] può anche essere modificato per diverse applicazioni biotecnologiche, inclusa la costruzione di organismi viventi in grado di rilevare ed estrarre metalli preziosi.”
Il team di ricerca ora prevede di lavorare sull’aumento della specificità dell’interruttore molecolare per differenziare meglio tra gli elementi delle terre rare strettamente correlati ed esplora anche la possibilità di sviluppare interruttori per altri elementi critici; il team è in attiva discussione con potenziali partner industriali interessati a questa tecnologia.
“Vogliamo anche esplorare l’utilizzo di questo strumento per ingegnerizzare microbi che possano estrarre direttamente minerali delle terre rare dall’acqua oceanica,” ha detto il professor Alexandrov, riguardo al biosensore. “Probabilmente questo è uno degli interruttori con le migliori prestazioni mai realizzati e ci ha fornito molte intuizioni sulla meccanica degli interruttori proteici.“
