Wydrukują bakterie w drukarce 3D. Będą czyścić wodę
Filtr wody powstał z biologicznego żywego materiału, który wykorzystuje bakterie do neutralizacji zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie. Opracowana mieszanina pochodząca z alg nie sprawia też żadnych problemów po użyciu, bowiem może bezpiecznie ulegać rozkładowi po wejściu w kontakt z substancją, która jest podobna w swej budowie na poziomie molekularnym do kofeiny.
Bakterie i siatka z drukarki 3D
Odkażanie wody w sytuacji, w której wciąż duża część ludzkości zmaga się z ograniczonym dostępem do czystej wody pitnej jest bardzo istotnym zagadnieniem. Z myślą o tym naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego podjęli się stworzenia - a raczej wydrukowania w 3D - materiału przypominającego do złudzenia żywą tkankę. Substancja jest wykonana z polimerów, jakie można znaleźć w wodorostach i genetycznie zmodyfikowanych bakterii. To właśnie one rozkładają zanieczyszczenia organiczne w wodzie.
Badacze najpierw doprowadzili polimer pochodzący z wodorostów znany jako alginian do postaci płynnej. Następnie przeprowadzili modyfikacje genetycznie typowej dla środowisk wodnych bakterię zwaną cyjanobakterią zdolną do przeprowadzania reakcji fotosyntezy. Została ona zaprzęgnięta do produkcji lakazy (nie mylić z laktozą!), enzymu zdolnego do neutralizacji zanieczyszczeń organicznych, do których należą antybiotyki, barwniki, leki farmaceutyczne i inne substancje.
Więcej o najnowszych wynalazkach przeczytasz na Spider's Web:
Te składniki zostały w dalszej kolejności połączone i przepuszczone przez drukarkę 3D w celu wytworzenia konstrukcji przypominającej siatkę. Została ona zaprojektowana tak, by stosunek jej powierzchni do objętości pozwalał bakteriom na optymalny dostęp do światła, gazów i składników odżywczych. Jak tłumaczy Susan Golden z Wydziału Nauk Biologicznych na uniwersytecie w San Diego:
Ta współpraca między specjalistami z różnych dziedzin, jakimi są biologia molekularna i materiałoznawstwo pozwoliła nam wykorzystać naszą wiedzę na temat genetyki i fizjologii cyjanobakterii do stworzenia żywego materiału. Teraz możemy kreatywnie myśleć o inżynierii nowych funkcji w cyjanobakteriach, aby wytwarzać bardziej użyteczne produkty.
Jak wypadły testy?
Po udanym wydrukowaniu w 3D całej struktury mającej oczyszczać wodę pozostało ją jeszcze przetestować. Naukowcy wprowadzili w tym celu swój dekontaminator do wody zanieczyszczonej substancją o nazwie indygo-karmin, która jest niebieskim barwnikiem często stosowanym w produkcji tkanin dżinsowych. Oczyszczająca siatka zadziałała idealnie. Roztwór wodny został całkowicie odbarwiony w ciągu kilku dni.
To jednak nie wszystko, bo w wodzie pozostała jeszcze mieszanina alginianu i cyjanobakterii. Innymi słowy - badacze zastąpili jedno zanieczyszczenie innym składającym się obcymi, zsyntetyzowanymi bakteriami. To nie do końca rozwiązuje problem zanieczyszczenia wody. Aby rozwiązać ten problem, zespół naukowców z San Diego zmodyfikował dodatkowo swoją wersję cyjanobakterii tak, by negatywnie reagowała na teofilinę, czyli związek bardzo podobny do kofeiny.
Wchodzi w skład wielu herbat i wyrobów cukierniczych. Na skutek tego za każdym razem, gdy nowa substancja odkażająca wchodzi w kontakt z teofiliną, bakterie wytwarzają specyficzne białko w celu rozbicia i zniszczenia własnych komórek, co w prosty sposób prowadzi do zniknięcia ich z całego roztworu.
Jeden z naukowców biorących udział w pracach, profesor nanoinżynierii Jon Pokorski, tłumaczy:
Żywy materiał może działać na interesujące nas zanieczyszczenie, a następnie można dodać małą cząsteczkę, aby zlikwidować cyjanobakterie. W ten sposób możemy złagodzić wszelkie obawy związane z obecnością genetycznie zmodyfikowanych bakterii w środowisku.
Chociaż ten żywy filtr może być bardzo przydatny w projektach odkażania wody, naukowcy planują teraz stworzenie nowych filtrów, które będą w stanie ulegać samozniszczeniu w jeszcze prostszy sposób, bez potrzeby stosowania dodatkowych zewnętrznych chemikaliów.
