Чистая питьевая вода является основным требованием для нашего здоровья и благополучия. Однако по мере роста населения мира достижение этого для всех сообществ во всем мире становится все более сложной задачей.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые из альянса HeKKSaGOn, в котором приняли участие ученые из Киотского университета, Осакского университета и Гейдельбергского университета (Германия), черпали вдохновение в белке, обнаруженном в растениях, и создали новый способ удаления вредных ионов тяжелых металлов из воды.
Хотя современные методы очистки воды эффективны для больших объемов воды, они, как правило, не являются специфическими для ионов тяжелых металлов. Это означает, что они также удаляют ионы, которые не являются вредными, что делает эти методы менее эффективными.
Фитохелатин, высококонсервативный белок в растениях, не имеет этой проблемы. Фитохелатин специфически связывается с ионами тяжелых металлов, а затем перемещает их в клеточный отсек, где они не могут причинить вред.
Исследователи хотели узнать, как фитохелатин достигает этого. Команда рассмотрела основные строительные блоки фитохелатина, чтобы определить, как он выделяет и связывается с определенными ионами, в данном случае с кадмием. «Мы идентифицировали две группы — карбоксилат и тиолят — и синтезировали полимер, содержащий эти группы», — объясняет ведущий автор исследования Масаки Накахата из Университета Осаки.
Прикрепив полимер к кремниевым шарикам и целлюлозным мембранам, команда смогла сконцентрировать их в сверхмалом объеме. Затем исследователи пропустили загрязненную воду через полимер, который очень эффективно удалил ионы кадмия из образца, достигнув одобренного уровня для питья за один час.
Было показано, что наличие как карбоксилатных, так и тиолатных групп в структуре полимера является ключом к его успеху. Ограничение его сверхмалым объемом и создание проточной системы резко повысило нагрузочную способность полимера.
Система имела высокую специфичность к ионам кадмия по сравнению с ионами металлов, необходимых для здоровья, такими как магний и кальций. Этот полимер также может демонстрировать сравнительно высокое сродство к ионам ртути, что указывает на то, что он может быть эффективным в удалении других тяжелых металлов.
«Для нас неудивительно, что растения приобрели столь сложную машину в ходе эволюции, потому что биология не делает глупостей», — говорит Мотому Танака, старший автор и ученый Гейдельбергского и Киотского университетов. «Однако мы были рады увидеть, что наш вдохновленный растениями полимер умудряется даже превзойти то, что могут делать растительные белки».
Достижение исследовательской группы, синтезировавшей полимер, вдохновленный растительным белком, для захвата ионов кадмия, является многообещающим, поскольку полимер специфичен для токсичных ионов тяжелых металлов и работает с проточным подходом. Ожидается, что эти особенности повысят эффективность очистки воды — победа для чистой воды.
