La proteina naturale lanmodulina (raffigurata in blu navy) è stata bioingegnerizzata da una collaborazione di scienziati della LLNL e della Penn State University per raccogliere e separare meglio gli elementi trovati nelle scorie nucleari, come gli attinidi e i loro prodotti di fissione dei lantanidi. Credito:Gauthier Deblonde/LLNL
Gli scienziati e i collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) della Penn State University stanno migliorando le molecole naturali che aiuterebbero a prendere di mira specifici elementi radioattivi che si trovano nelle scorie nucleari o utilizzati nella medicina nucleare.
Anche le molecole più efficaci presenti in natura, che hanno subito miliardi di anni di evoluzione, possono ancora essere migliorate per applicazioni non naturali. Il team ha bioingegnerizzato la proteina più potente della natura (lanmodulina) per i lantanidi, elementi naturali utilizzati in numerosi elementi come dischi rigidi e magneti dei computer, per renderla ancora più selettiva per gli elementi attinidi. Gli attinidi sono metalli radioattivi presenti nelle scorie nucleari, come uranio, plutonio e americio.
La ricerca appare sulla rivista Chemical Science . I risultati migliorano la comprensione di come i composti naturali possono interagire con le scorie nucleari nell'ambiente e potrebbero portare a nuove molecole per lo scavenging e il rilevamento di specifici metalli radioattivi.
Il team ha progettato, sintetizzato e caratterizzato strategicamente cinque varianti di lanmodulina (LanM) per decifrare e infine migliorare le sue proprietà di legame degli attinidi. Sorprendentemente, hanno scoperto che la presenza di molecole d'acqua che collegano il metallo e la molecola proteica è particolarmente importante per controllare la stabilità e le preferenze del metallo dei complessi metallo-proteina. Questo principio di progettazione ha consentito agli scienziati di migliorare la capacità della proteina di discriminare tra elementi attinidi e lantanidi.
Le molecole selettive per gli attinidi rispetto ai lantanidi sono tra le più ambite perché queste due famiglie di elementi si trovano nelle scorie nucleari e separarle consentirebbe una gestione più efficiente dei materiali radioattivi. La scoperta del team potrebbe portare a sistemi di separazione drasticamente nuovi per applicazioni nei campi delle scorie nucleari e della radiochimica. LanM è stata scoperta dai membri del team di Penn State nel 2018 e la collaborazione LLNL-Penn State ha esplorato le applicazioni di questa impareggiabile molecola naturale nel campo delle scienze nucleari.
"Questo è il primo studio in cui qualcuno ha apportato modifiche alla lanmodulina per sezionare e migliorare le sue proprietà di legame dei metalli", ha affermato Gauthier Deblonde, scienziato dell'LLNL, co-autore principale dello studio. "Mentre stavamo sintonizzando le proprietà della proteina per indirizzare gli elementi radioattivi, abbiamo anche imparato molto sui meccanismi con cui si lega ai metalli".
Sebbene le molecole classiche abbiano un insieme limitato di interazioni chimiche, la nuova ricerca ha mostrato che le macromolecole, come le proteine, hanno un vasto repertorio di interazioni chimiche che gli scienziati possono mettere a punto per mirare a metalli specifici.
"Questo studio scopre un altro strumento che questa straordinaria proteina ha a sua disposizione per discriminare tra metalli che differiscono l'uno dall'altro solo in modi molto sottili. Questa realizzazione è un passo importante verso metodi di separazione basati su LanM ad alte prestazioni e molecole progettate su misura per legare specifici isotopi medici", ha affermato Joseph Cotruvo, Jr., assistente professore di chimica della Penn State e co-autore principale dello studio. + Esplora ulteriormente
