В статье, опубликованной в журнале Nano Letters, ученые описывают безвредный бактериофаг — вирус, поражающий только бактерии, — который превращен в микроскопического «добытчика» РЗЭ. Команда добавила к фагу два специализированных белка: лантанид — связывающий пептид на поверхности, действующий как захват для РЗЭ, и эластиновый мотив, который при изменении температуры выходит из раствора и доставляет собранные элементы для сбора.
Вирусы «научились» добывать редкоземельные металлы из шахтовых вод
Команда ученых из Калифорнийского университета в Беркли разработала генетически модифицированный вирус, способный извлекать редкоземельные элементы (РЗЭ) из дренажных шахтовых вод. Этот метод не оказывает разрушительного воздействия на экосистемы, которое несет традиционная добыча, и при этом хорошо масштабируется до промышленных масштабов.
Изображение бактериофага – вируса, паразитирующего на бактериях. Depositphotos
Редкоземельные элементы — это группа из 17 металлов: два переходных элемента (скандий и иттрий) и 15 лантаноидов, включая прометий, европий и гадолиний. Несмотря на название, они не настолько редки в земной коре, но их концентрации обычно низки, а извлечение связано с огромными экологическими издержками. Традиционная добыча требует использования токсичных химикатов и создает радиоактивные отходы, поскольку РЗЭ часто встречаются вместе с радиоактивными элементами. Биологический метод может стать революционным решением этой проблемы.
Главный исследователь Сунг-Вук Ли за работой в своей лаборатории.
«Это значительный шаг к более устойчивой добыче и восстановлению ресурсов», — говорит руководитель исследования Сон-Вук Ли. — «Наше биологическое решение предлагает более экологичный, недорогой и многоразовый способ обеспечить критически важные материалы, необходимые для будущего чистой энергетики, и помогает защитить окружающую среду».
Вирусы-шахтеры
Биодобывающие вирусы остаются эффективными даже после завершения цикла работы, то есть могут использоваться многократно. Их легко и недорого выращивать в промышленных масштабах — достаточно добавить к бактериям, и при репликации бактерий вирусы реплицируются вместе с ними.
Схема эксперимента.
По словам Ли, новый метод биодобычи «не только экологичен, но и невероятно прост, требуя немногим больше, чем смесительный бак и нагреватель». С его помощью ученые «могут использовать программируемый биологический инструмент для выполнения сложной промышленной задачи, которая сейчас требует токсичных химикатов и большого количества энергии».
Мир остро нуждается в РЗЭ из-за их способности улучшать миниатюризацию, эффективность и производительность электроники. В 2023 году около 45% РЗЭ использовались для производства постоянных магнитов в ветряных турбинах и электромобилях. Сегодня Китай добывает 70% мировых РЗЭ и проводит 87% их переработки, что делает другие страны зависимыми от китайских поставок.