Ndotja e ujit është një shqetësim në rritje globalisht, me vlerësimi i hulumtimit që shkarkojnë industritë kimike 300-400 megaton (600-800 miliardë paund) mbetje industriale në trupat ujorë çdo vit.
Si nje ekipi i shkencëtarëve të materialevene jemi duke punuar në një “material të gjallë” të projektuar që mund të jetë në gjendje të transformojë ndotësit kimikë të ngjyrave nga industria e tekstilit në substanca të padëmshme.
Ndotja e ujit është një çështje mjedisore dhe humanitare që mund të ndikojë njësoj si ekosistemet ashtu edhe shëndetin e njeriut. Shpresojmë që materialet që po zhvillojmë mund të jenë një mjet i disponueshëm për të ndihmuar në luftimin e këtij problemi.
Inxhinierimi i një materiali të gjallë
“material i gjallë i projektuar“Ekipi ynë ka punuar përmban baktere të programuara ngulitur në një material të butë hidrogel. Ne fillimisht botuam një punim që tregon efektivitetin e mundshëm të këtij materiali në Nature Communications në gusht 2023.
Hidrogeli që formon bazën e materialit ka veti të ngjashme me Jell-O – është i butë dhe i bërë kryesisht nga uji. Hidroxheli ynë i veçantë është bërë nga një lëndë natyrale dhe e biodegradueshme polimer me bazë alga deti i quajtur alginatnjë përbërës i zakonshëm në disa ushqime.
Hidrogeli alginat siguron një mbështetje të fortë fizike për qelizat bakteriale, të ngjashme me atë indet mbështesin qelizat në trupin e njeriut. Ne e zgjodhëm qëllimisht këtë material në mënyrë që bakteret që futëm të rriteshin dhe të lulëzonin.
(Kredia:David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering, CC BY-NC-ND) Forma e rrjetës së materialit ndihmon bakteret të marrin dioksid karboni
Ne zgjodhëm alginatin me bazë alga deti si bazë materiale sepse është poroz dhe mund të mbajë ujin. Gjithashtu lejon që qelizat bakteriale për të marrë lëndë ushqyese nga mjedisi përreth.
Pasi përgatitëm hidroxhelin, ne futëm baktere fotosintetike – ose kapëse të dritës së diellit – të quajtura cianobakteret në xhel.
Cianobakteret e ngulitura në material ende nevojiten për të marrë dritën dhe dioksidin e karbonit për të kryer fotosintezën, që i mban gjallë. Hidrogeli ishte mjaft poroz për ta lejuar këtë, por për ta bërë konfigurimin sa më efikas të jetë e mundur, ne 3D-printuar xhel në forma të personalizuara – rrjeta dhe huall mjalti. Këto struktura kanë një raport më të lartë sipërfaqe-vëllim që lejojnë më shumë dritë, CO₂ dhe lëndë ushqyese të hyjnë në material.
Qelizat ishin të lumtura në atë gjeometri. Ne kemi vërejtur rritje dhe densitet më të lartë të qelizave me kalimin e kohës në xhelat alginate në strukturat e rrjetës ose të huallit kur krahasohen me formën e diskut të paracaktuar.
Bojë për pastrim
Si të gjitha bakteret e tjera, cianobakteret janë të ndryshme qarqet gjenetike, të cilat u tregojnë qelizave se çfarë rezultatesh të prodhojnë. Ekipi ynë të krijuara gjenetikisht bakteriale ADN kështu që qelizat krijuan një enzimë specifike i quajtur lakaza.
Enzima e lakkazës e prodhuar nga cianobakteret funksionon duke kryer një reaksion kimik me një ndotës që e shndërron atë në një formë që nuk është më funksionale. Duke thyer lidhjet kimike, ai mund të bëjë një ndotës toksik jo toksik. Enzima rigjenerohet në fund të reaksionit dhe del jashtë për të përfunduar më shumë reaksione.
Pasi të kemi futur këto cianobaktere që krijojnë lakkazë në hidrogelin alginat, i vendosim në një tretësirë të përbërë nga ndotës industrial me ngjyrë për të parë nëse mund të pastronin bojën. Në këtë test, ne donim të shihnim nëse materiali ynë mund të ndryshonte strukturën e bojës në mënyrë që ajo të kalonte nga e ngjyrosur në të pangjyrosur. Por, në raste të tjera, materiali mund të ndryshojë potencialisht një strukturë kimike për të shkuar nga toksike në jotoksike.
Bojë që kemi përdorur, karmine indigo, është një ndotës i zakonshëm i ujërave të zeza industriale që zakonisht gjendet në ujë pranë fabrikave të tekstilit – është pigmenti kryesor në xhinset blu. Ne zbuluam se materiali ynë mori të gjithë ngjyrën nga pjesa më e madhe e bojës për rreth 10 ditë.
Ky është një lajm i mirë, por ne donim të sigurohenim që materiali ynë të mos shtonte mbeturina në ujin e ndotur duke shpëlarë qelizat bakteriale. Pra, ne gjithashtu projektuam bakteret për të prodhuar një proteinë që mund të dëmtojë membranën qelizore të baktereve – një çelës i programueshëm vrasësi.
Qarku gjenetik ishte programuar për t’iu përgjigjur një kimikati të padëmshëm, të quajtur teofilinë, që gjendet zakonisht në kafeinë, çaj dhe çokollatë. Duke shtuar teofilinë, ne mund të shkatërrojmë qelizat bakteriale sipas dëshirës.
Fusha e materialeve të gjalla të inxhinieruara është ende në zhvillim, por kjo thjesht do të thotë se ka shumë mundësi për të zhvilluar materiale të reja me përbërës të gjallë dhe jo të gjallë.
Jonathan K. Pokorski është një profesor i Nanoinxhinierisë në Universitetin e Kalifornisë, San Diego. Debika Datta është një studiuese postdoktorale në Nanoinxhinieri në Universitetin e Kalifornisë, San Diego. Ky artikull është ribotuar nga Biseda nën një Licenca Creative Commons. Lexoni artikull origjinal.
