Il DNA ha molti usi pratici. Memorizza il progetto del codice genetico. Aiuta ad accompagnare l'evoluzione delle specie.

Potrebbe anche potenzialmente rendere più forte, cucchiaio più sostenibile, tra l'altro.

Una collaborazione guidata da Cornell sta trasformando il DNA dalla materia organica, come cipolle, pesci e alghe, in gel e plastica biodegradabili. I materiali risultanti potrebbero essere utilizzati per creare oggetti di plastica di uso quotidiano, adesivi insolitamente forti, compositi multifunzionali e metodi più efficaci per la somministrazione di farmaci, senza danneggiare l'ambiente come fanno i materiali a base petrolchimica.

La carta della squadra, "Trasformazione del DNA della biomassa in materiali biodegradabili dai gel alla plastica per la riduzione del consumo petrolchimico, " pubblicato l'11 maggio nel Giornale della Società Chimica Americana .

La collaborazione è guidata da Dan Luo, professore di ingegneria biologica e ambientale presso il College of Agriculture and Life Sciences. Il gruppo di Luo ha esplorato modi per utilizzare il DNA della biomassa come materiale genetico e generico, sfruttando le sue proprietà di nuovo polimero.

"Ci sono molti, molte ragioni per cui il DNA è così buono come materiale generico, "Luo ha detto. "Il DNA è programmabile. Ha più di 4, 000 nanostrumenti, questi sono enzimi, che possono essere utilizzati per manipolare il DNA. E il DNA è biocompatibile. Mangi DNA tutto il tempo. Non è tossico e degradabile. In sostanza puoi compostarlo."

Forse la più grande virtù del DNA della biomassa è la sua pura abbondanza. Ci sono circa 50 miliardi di tonnellate di biomassa sulla Terra, e meno dell'1% di tale importo potrebbe soddisfare il fabbisogno mondiale di plastica per un anno, secondo la squadra di Luo. Nel frattempo, I prodotti petrolchimici hanno un enorme impatto sull'ambiente:dall'esplorazione e dalla raffinazione di petrolio e gas, alla sintesi industriale della plastica, ai milioni di tonnellate di prodotti che sporcano la terra e gli oceani senza degradarsi.

Mentre la biomassa è stata precedentemente convertita in materiali biodegradabili, quel processo, in cui i polisaccaridi come la cellulosa vengono scomposti e risintetizzati in polimeri, richiede energia extra e temperature estreme che mettono a dura prova anche l'ambiente.

Il team di Luo ha aggirato quel processo di sintesi di scomposizione sviluppando un metodo di reticolazione in un solo passaggio che mantiene la funzione del DNA come polimero senza rompere i suoi legami chimici. Il processo è sorprendentemente semplice:i ricercatori estraggono il DNA da qualsiasi fonte organica, come batteri, alghe, salmone o polpa di mela e scioglietela in acqua. Dopo che il pH della soluzione è stato aggiustato con alcali, i ricercatori aggiungono polietilenglicole diacrilato, che si lega chimicamente al polimero del DNA e forma un idrogel.

Il gel può quindi essere disidratato per produrre una gamma di materiali più densi, come plastica e colla.

"È un processo molto più semplice della sintesi convenzionale, " Luo ha detto. "L'intero processo è più fattibile, più economico e [può essere fatto] su scala maggiore, perché non è necessario pretrattare il DNA della biomassa. Li colleghi direttamente alla plastica."

Un ulteriore vantaggio della reticolazione è che i ricercatori possono modificare i nuovi materiali con proprietà insolite. Per esempio, il ricercatore post-dottorato Dong Wang ha creato una colla che può aderire al teflon a meno 20 gradi Celsius, una temperatura che congelerebbe i tradizionali adesivi a base d'acqua. Wang ha anche realizzato un "fiore" di biomassa che incorporava nanoparticelle magnetiche e poteva essere manipolato con un campo magnetico.

"L'applicazione del prodotto dipende dalle proprietà che gli concediamo, "Luo ha detto. "Puoi renderlo luminescente, renderlo conduttore o non conduttore, renderlo molto più forte. Tutto quello che ti viene in mente".

Oltre a generare di tutto, dai giocattoli e utensili ai vestiti e alla pelle per gli edifici, Luo ha affermato che gli idrogel potrebbero essere particolarmente adatti per i farmaci a rilascio controllato. I ricercatori sono stati anche in grado di ottenere una produzione proteica priva di cellule che non era stata possibile nei prodotti a base petrolchimica.

"Il nostro metodo di collegamento incrociato è molto generale, " ha detto Wang, l'autore principale del documento. "Può essere espanso ad altri polimeri, altre molecole".

Il costo della conversione nell'attuale ambiente di laboratorio è di circa $ 1 per grammo di materiale, con quasi il 90% della spesa che va all'etanolo necessario per estrarre il DNA dalla biomassa. Se fabbricato su scala industriale, Luo stima che il costo si ridurrebbe drasticamente, di cento o addirittura mille volte.

Una potenziale sfida è ottenere grandi quantità di biomassa per estrarre il DNA. I ricercatori devono ancora capire come controllare la durata della vita dei materiali e il tempo necessario per degradarsi.

"Stiamo anche lavorando per rendere i materiali del DNA della biomassa molto più funzionali, per realizzare diversi tipi di materiali, rendendoli super forti, morbidissimo, "Luo ha detto. "Ma non dimenticheremo mai che è un materiale basato sul DNA. Quando possibile, vogliamo sfruttare il ruolo genetico del DNA".