Los investigadores desarrollaron un sistema genéticamente codificable basado en proteínas que puede unir uranio soluble en agua con una afinidad y selectividad extremadamente altas. Esta también es la primera vez que una proteína se ha diseñado con estas características utilizando aminoácidos exclusivamente naturales.
Esta es la primera demostración conocida de un sistema bacteriano utilizado para extraer uranio basado en el océano que reduce el gasto al tiempo que aumenta la selectividad de los métodos actuales disponibles. El método general desarrollado podría encontrar amplias aplicaciones en el secuestro y la biorremediación de uranio soluble en agua yelementos transuránicos similares. Este método de biotecnología también podría tener aplicaciones similares a otros iones de baja concentración en solución.
El uranio juega un papel importante en la búsqueda de energías alternativas a los combustibles fósiles; sin embargo, los recursos de uranio en la tierra son limitados. Se estima que los océanos contienen 1,000 veces más uranio que el que está enterrado en depósitos en la tierra, pero desafortunadamente, el uranioen el océano está en forma de uranilo soluble en agua UO 2 2+ que está presente en una concentración muy baja ~ 13.7 nM.El uranilo está unido por carbonato y otros aniones, con la complicación adicional de que el agua de mar también contiene varios iones metálicos en altas concentraciones, lo que hace que la separación del uranio sea extremadamente compleja.Después de años de tratar de encontrar una forma eficiente y asequible de extraer uranilo, los investigadores de la Universidad de Chicago, la Universidad de Pekín y el Laboratorio Nacional de Argonne recurrieron a la biología.
No se sabe que las proteínas de origen natural se unan al uranilo, pero al adaptar una estrategia de detección computacional para las interacciones proteína-proteína, se diseñó un motivo potencial de unión al uranilo. Los científicos utilizaron el motivo para buscar proteínas en el Banco de Datos de Proteína que podríanacomodar o adaptarse para acomodar uranilo. Un candidato en los experimentos de unión inicial mostró ser prometedor y se optimizó aún más. La proteína diseñada térmicamente estable llamada Super Uranyl-vinculante Protein SUP se une fuertemente al uranilo Kd de 7.4 femtomolar y con alta selectividad > Selectividad de 10,000 veces sobre otros iones metálicos. También se confirmó que el SUP contiene las características estructurales diseñadas computacionalmente mediante el examen de la estructura cristalina de la proteína. Esta proteína puede secuestrar repetidamente del 30 al 60% del uranilo en agua de mar sintética y por lo tanto proporcionaun avance muy necesario en el aislamiento de uranilo del agua de mar.
Departamento de Energía de los EE. UU., Oficina de Ciencia, Oficina de Ciencias de la Energía Básica, Ciencias Químicas, Geociencias y División de Biociencias, Programa de Química de Elementos Pesados con el número de contrato DE-FG02-07ER15865 a CH y en el Laboratorio Nacional de Argonne MJ bajo contratonúmero DE-AC02-06CH11357; Programa posdoctoral de la Fundación Dreyfus en Química Ambiental para SO; y Ministerio de Ciencia y Tecnología de China 2009CB918500 y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China 21173013, 11021463 para LL
Esta investigación utilizó la Fuente avanzada de fotones para la recolección de datos de cristalografía de proteínas en las líneas de luz LS / CA-CAT 21-ID-F y NE-CAT 24-ID-C, que fue respaldada por el Departamento de Energía de EE. UU.Office of Science, Office of Basic Energy Sciences con el número de contrato DE-AC02-06CH11357.
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Materiales proporcionado por Departamento de Energía, Oficina de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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