Редкоземельные элементы — группа из 17 металлов, включающая скандий, иттрий и 15 лантаноидов — критически важны для современных технологий. Они используются в смартфонах, компьютерах, светодиодах, лазерах, аккумуляторах, электромобилях, ветряных турбинах и даже в аппаратах МРТ. Около 45% всех редкоземельных элементов идет на производство постоянных магнитов.
Основная проблема заключается в том, что добыча редкоземельных металлов традиционными методами наносит колоссальный ущерб экосистемам. Но ученые из Калифорнийского университета в Беркли предложили революционное решение этой проблемы — генетически модифицированные вирусы, способные извлекать эти ценные металлы без разрушения окружающей среды.
Команда под руководством профессора биоинженерии Сын-Ук Ли модифицировала безвредный бактериофаг — вирус, поражающий бактерии, но безопасный для человека, — превратив его в микроскопического «шахтера», который извлекает редкоземельные элементы из дренажных вод шахт.
Ученые встроили в оболочку вируса два специализированных белка. Один из них — пептид, связывающий лантаноиды, расположенный на поверхности фага и действующий как захват для сбора редкоземельных элементов. Второй — эластиновый пептид, который при активации температурой выходит из раствора и доставляет собранные металлы.
«Это значительный шаг к более эффективной добыче и восстановлению ресурсов», — отметил Ли. «Наше биологическое решение — это более экологичный, недорогой и масштабируемый способ обеспечить критически важные материалы для чистого энергетического будущего, одновременно помогая защитить окружающую среду».
Важное преимущество нового подхода заключается в том, что вирусы-биошахтеры остаются эффективными даже после завершения своей «смены» и их можно использовать повторно. Такие вирусы легко и дешево выращивать в промышленных масштабах — достаточно добавить их к безопасным для человека бактериям, и при размножении этих бактерий вирусы будут размножаться вместе с ними.
По словам Ли, новый метод биодобычи редкоземельных элементов не только экологичен, но и невероятно прост. С его помощью ученые могут использовать программируемый биологический инструмент для выполнения сложной промышленной задачи, которая в наши дни требует токсичных химикатов и огромного количества энергии.
Любая страна, внедрившая такую технологию, сможет снизить свою зависимость от международных источников редкоземельных элементов. Сегодня на этом рынке доминирует Китай, в котором добывается около 70% мировых объемов редкоземов, а перерабатывается около 87%.
Ранее ученые впервые нашли редкоземельные металлы в растениях.
