Élő 3D nyomtatott anyaggal fertőtleníthető az ivóvíz

Ezzel az új módszerrel nem egyszerűen túlélik a 3D nyomtatást a génmódosított baktériumok, hanem arra is képesek, hogy semlegesítsék a víz szennyeződéseit. Morbid módon beléjük kódolták az öngyilkosságot.

A Kaliforniai San Diegó-i Egyetemen (UCSD) kifejlesztett, fenntartható és környezetbarát 3D nyomtatott élő anyaggal meg lehetne tisztítani a vizet a szennyező anyagoktól. Az intézmény Nature Communications szaklapban megjelent tanulmánya rávilágít: erre a bravúrra polimerek és génmódosított baktériumok kombinálásával voltak képesek.

A szóban forgó mesterséges élő anyag egy 3D-nyomtatott szerkezet, ami alapvetően hínáralapú polimerből készül, de ezeket olyan baktériumokkal vegyítik, amelyeket előzőleg genetikailag átalakítottak. A módosítás után egy sajátos enzimet kezdenek termelni - ennek hatására jótékony molekulákká változtatják a vízben lévő különböző szerves szennyeződéseket. A baktériumokat úgy tervezték, hogy egy légúti betegségek kezelésére használt gyógyszerhatóanyag, a teofillin jelenlétében önmegsemmisítő mechanizmust indítsanak be, kvázi azért, hogy a feladatuk elvégzése után megöljék magukat.

„Ami innovatív, az a polimer és a biológiai rendszer párosítása. Ezzel létrehozzunk egy élő anyagot, amely úgy képes működni és reagálni az ingerekre, ahogyan a hagyományos szintetikus anyagok nem” – magyarázta Jon Pokorski nanotechnológia professzor, a kutatás társvezetője.

A projekt az UCSD Anyagkutatási és Mérnöki Központjában (MRSEC) dolgozó biológusok, anyagtudósok és mérnökök együttműködésében valósult meg. A csapat további társvezető tudósai Shaochen Chen nanotechnológia professzor, valamint James Golden és Susan Golden molekuláris biológia professzor. Utóbbi szerint „a közös munka lehetővé tette számunkra, hogy a cianobaktériumok genetikájával és fiziológiájával kapcsolatos ismereteket egy élő anyag létrehozására alkalmazzák”.

A matéria megalkotásához hidratált alginátból álló gélt készítettek, majd ezt keverték össze cianobaktériumokkal, és a mixet végül 3D nyomtatásra alkalmas töltőanyaggá alakították. A tesztek során különböző geometriai alakzatokat is nyomtattak, és úgy találták, hogy a baktériumok életben tartására egy rácsszerű struktúra a legoptimálisabb. A választott forma nagy felület/térfogat aránnyal rendelkezik, ami a legtöbb cianobaktériumot az anyag felszínének közelében hagyja, hogy azok hozzáférjenek tápanyagokhoz, gázokhoz és persze a fényhez.

A UCSD szerint a megnövekedett felület az anyagot hatékonyabbá teszi a fertőtlenítésben. A koncepciót igazoló kísérlethez a kutatók módosították a töltőanyagban lévő cianobaktériumok genetikáját, hogy fertőtlenítő hatású lakkázt termeljenek. Ez az enzim szerves szennyező anyagok, köztük a biszfenol A vagy többféle antibiotikum, gyógyszer és színezék semlegesítésére használható. A kutatók bebizonyították, hogy a 3D nyomtatott szerkezetük alkalmas például a textiliparban széles körben használt kék színezék, a festékalapú és szennyező indigókármin dekontaminálására. A tesztek során sikeresen színtelenítette a festéket tartalmazó vizes oldatot.

„Az élő anyag képes hatni a kívánt szennyezésre, majd utána egy kis molekula hozzáadásával elpusztulnak a benne lévő baktériumok, így eloszlathatunk minden aggályt, ami azzal kapcsolatos, hogy genetikailag módosított baktériumok maradnak a környezetben” – mondta Pokorski.

A kutatók megjegyezték: a jelenleginél még előnyösebb megoldás lenne, ha a vízfertőtlenítő hatású 3D nyomtatott struktúra baktériumai vegyi anyagok hozzáadása nélkül pusztítanák el magukat. Ez is a kutatásuk egyik jövőbeli iránya.

Gábor János

Főoldali kép: Kaliforniai San Diegó-i Egyetem