В следующий раз, когда кто-то скажет вам, что вы «выбрасываете» что-то ценное, вы можете ответить, что на самом деле это именно то, что вы делаете каждый день, когда идете в туалет. Открытие, только что опубликованное в Природа связи показало, что человеческая моча содержит все необходимое для производства гидроксиапатит, материал, из которого сделаны кости и зубы.
Ключ к разгадке кроется в искусственно созданных дрожжах под названием «Остеоиджит», которые исследователи из лаборатории Беркли запрограммировали превратить в биологическую фабрику по производству биомедицинских материалов.
Дрожжи, имитирующие костные клетки
Проект родился из наблюдения Ясуо Ёсикуни e Питер Эрциус, исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, которые отметили, как Saccharomyces boulardii (дрожжи, похожие на те, что используются для приготовления пива) уже обладали молекулярными механизмами, удивительно похожими на остеобласты — клетки, специализирующиеся на формировании костей.
«Удачным моментом является то, что у этих дрожжей уже были схожие молекулярные механизмы», — пояснил он. Ёсикуни в Опубликованные исследования«Потребовалось всего несколько небольших изменений, чтобы превратить дрожжи в клеточную фабрику по производству гидроксиапатита».
Исследователи добавили всего два гена: один для фермента, который расщепляет мочевину, и один для переносчика мочевины. Когда дрожжи расщепляют мочевину из мочи, они повышают pH внутри клеток, активируя кальциевый насос, который заполняет вакуоли с ингредиентами для образования минералов.
Как происходит трансформация мочи
Остеодрожжи, как уже упоминалось, используют ферменты для расщепления мочевины и повышения pH окружающей среды. Это вызывает накопление кальция и фосфата в форме аморфного фосфата кальция в вакуолях дрожжей, который затем секретируется в везикулы и кристаллизуется в гидроксиапатит.
Давид Кисаилюс, профессор материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Ирвайне, подчеркнул, как этот процесс занимает меньше дня для получения гидроксиапатита.
«Тот факт, что в качестве основы используются дрожжи, которые стоят недорого и могут быть помещены в большие чаны при относительно низких температурах, показывает, что это можно легко осуществить без необходимости в серьезной инфраструктуре».
Цифры, которые имеют значение в моче
Экономические результаты впечатляют. Технико-экономический анализ, проведенный ДжеремиГость из Иллинойсского университета показали, что Стоимость процесса производства килограмма гидроксиапатита коммерческого качества может составлять около 19 долларов США, а продавать его можно за 50–200 долларов США. .
Система может приносить прибыль около 1,4 млн долларов в год. обслуживая город размером с Сан-Франциско, одновременно сокращая количество химических веществ, необходимых для обеспечения безопасности сточных вод. Как объяснил Гость«Важно учитывать потенциальное воздействие крупномасштабной системы».
Применение помимо гидроксиапатита из мочи
Моча — это только начало. Команда уже работает над разработкой новых штаммов, которые могут синтезировать другие биоматериалы или захватывать и хранить определенные элементы, чтобы обеспечить экологически устойчивые операции по биодобыче.
«Сегодня мы используем около 1 процента мировой энергии для производства удобрений из азотного газа», — сказал Йошикуни. «Если бы мы могли производить и гидроксиапатит, и азотное удобрение из аммиака, мы могли бы потенциально заменить значительную часть общего спроса на азот».
Патент на остеодрожжи теперь доступен для лицензирования, что потенциально открывает новые возможности для устойчивого производства биоматериалов из человеческих отходов. Как отмечено исследователямибиотехнология продолжает демонстрировать свой потенциал по преобразованию отходов в ценные ресурсы.
Открытие, которое демонстрирует, что циклическая экономика может действительно начинаться с домашней ванной комнаты.
