3D baskılı deniz yosunu-bakteri malzemesi, sudaki kirleticileri temizleyebilir
Sudaki kirleticileri temizlemek için sürdürülebilir ve çevre dostu bir çözüm arayan araştırmacılar, deniz yosunu ve bakterilerden yapılmış yeni bir malzeme türü geliştirdiler. Bu malzeme, çeşitli organik kirleticileri zararsız moleküllere dönüştüren bir enzim üretmek için genetiği değiştirilmiş bakterileri içeriyor. Bakteriler ayrıca işlerini bitirdikten sonra kendi kendini yok edecek şekilde tasarlandı.
Bu yenilikçi malzeme, California San Diego Üniversitesi’ndeki (UC San Diego) mühendisler, malzeme bilimcileri ve biyologlardan oluşan bir ekip tarafından geliştirildi. Ekip, Nature Communications dergisinde yayınlanan bir makalede [malzemelerinin nasıl çalıştığını] anlattı.
Malzemelerinin ana bileşeni, deniz yosunundan elde edilen doğal bir polimer olan aljinattır. Aljinat, jel yapmak için nemlendirildikten sonra siyanobakteriler olarak bilinen suda yaşayan bir tür fotosentetik bakteri ile karıştırılır. Siyanobakteriler, lakkaz adı verilen dekontaminasyon giderici bir enzimi sürekli olarak üretecek şekilde genetik olarak tasarlanmıştır. Lakkaz, bisfenol A (BPA), antibiyotikler, farmasötik ilaçlar ve boyalar dahil olmak üzere çeşitli organik kirleticileri nötralize edebilir.
Aljinat ve siyanobakteri karışımı bir 3D yazıcıya beslenir ve ızgara benzeri bir yapı olarak basılır. Bu yapı, bakterilerin canlı kalmasını ve ışık, gaz ve besinlere erişmesini sağlar. Ayrıca malzemenin dekontaminasyonda daha etkili olmasını sağlayan yüksek bir yüzey alanı/hacim oranına sahiptir.
Malzemenin bir diğer önemli özelliği de bakterilerin kendi kendini yok etmesini sağlayan bir mekanizmadır. Bakteriler, teofilin adı verilen çay ve çikolatada sıklıkla bulunan bir moleküle yanıt verecek şekilde genetik olarak tasarlanmıştır. Teofilin, bakterilerin hücrelerini yok edecek bir protein üretmesini tetikler. Bu şekilde, genetiği değiştirilmiş bakterilerin çevrede kalmasıyla ilgili endişeler hafifletilebilir.
UC San Diego’da nanomühendislik profesörü Jon Pokorski, bu çalışmanın lideri ve makalenin baş yazarıdır. Pokorski, “Yenilikçi olan, normal sentetik malzemelerin yapamayacağı şekillerde işlev gösterebilen ve uyaranlara tepki verebilen canlı bir malzeme oluşturmak için bir polimer malzemenin biyolojik bir sistemle eşleştirilmesidir” dedi.
Bu çalışma, UC San Diego Malzeme Araştırma Bilim ve Mühendislik Merkezi’ndeki (MRSEC) mühendisler, malzeme bilimcileri ve biyologlar arasındaki bir işbirliğinin ürünüdür. Pokorski’nin yanı sıra makalenin ortak yazarları arasında moleküler biyoloji profesörleri Susan Golden ve James Golden ile nanomühendislik profesörü Shaochen Chen yer alıyor.
Biyoloji Bilimleri Fakültesi öğretim üyesi Susan Golden, “Bu işbirliği, siyanobakterilerin genetiği ve fizyolojisi hakkındaki bilgimizi canlı bir materyal oluşturmak için uygulamamıza olanak sağladı” dedi. “Artık daha kullanışlı ürünler yapmak için siyanobakterilere yeni işlevler tasarlama konusunda yaratıcı bir şekilde düşünebiliriz.”
Araştırmacılar, bu çalışmanın sadece bir konsept kanıtı olduğunu ve daha fazla test ve optimizasyon gerektirdiğini belirtiyorlar. Ayrıca, malzemelerinin farklı kirleticileri gidermek için farklı enzimler üretebilecek şekilde değiştirilebileceğini ve bakterilerin kimyasal madde eklenmeden kendilerini yok etmesini sağlayacak yeni yollar arayacaklarını söylüyorlar.
