Un team di ricercatori del California NanoSystems Institute dell'UCLA ha trovato un nuovo modo di utilizzare gli enzimi per rimuovere gli inquinanti dall'acqua che è efficiente in termini di costi ed energia, in grado di rimuovere più inquinanti contemporaneamente, e riduce al minimo i rischi per la salute pubblica e per l'ambiente.

L'anticipo potrebbe essere un nuovo importante passo nello sforzo di soddisfare il bisogno mondiale di acqua pulita da bere, irrigazione e uso ricreativo.

I metodi attuali richiedono più passaggi e coinvolgono sostanze chimiche che reagiscono al calore, luce solare o elettricità. Gli scienziati in precedenza avevano dimostrato che l'acqua inquinata poteva essere pulita utilizzando le attività enzimatiche di batteri e funghi presenti in natura, che scompone gli inquinanti nei loro componenti chimici innocui. Ma questo metodo comporta il rischio di rilasciare nell'acqua organismi pericolosi.

La nuova tecnica UCLA, sviluppato da un team guidato da Shaily Mahendra, un professore associato UCLA di ingegneria civile e ambientale, e Leonardo Roma, professore di chimica biologica e direttore associato del CNSI, è una variazione di quel metodo. I ricercatori mettono enzimi in particelle su nanoscala chiamate "vaults, " quindi depositare le minuscole particelle nell'acqua inquinata.

Il loro metodo è descritto in un articolo pubblicato su ACS Nano .

Mahendra ha affermato che i processi microbici nell'acqua che fanno parte del sistema naturale di biodegradazione finirebbero per abbattere l'inquinamento nella nostra acqua, ma solo per un periodo molto lungo.

"I microbi naturali sono il motivo per cui il mondo non è ancora coperto di escrementi di dinosauro, "Mahendra ha detto. "Ma non abbiamo il tempo o lo spazio sul nostro pianeta per ignorare laghi e fiumi contaminati per un paio di milioni di anni mentre la natura fa il lavoro".

Le volte in nanoscala sono minuscole particelle - solo miliardesimi di metro di diametro - che hanno la forma di fusti di birra. Mahendra ha detto che il nuovo metodo è efficace perché le volte proteggono gli enzimi, mantenendoli intatti e potenti quando vengono posti nell'acqua contaminata.

Gli scienziati hanno testato il metodo utilizzando un enzima chiamato perossidasi di manganese. Hanno scoperto che in un periodo di 24 ore le volte hanno rimosso tre volte più fenolo dall'acqua rispetto all'enzima quando è stato lasciato cadere nell'acqua senza usare le volte.

Hanno anche scoperto che poiché la perossidasi di manganese è rimasta stabile all'interno delle volte, era ancora in grado di rimuovere il fenolo dall'acqua dopo 48 ore. Il perossido di manganese libero era completamente inattivo dopo 7 ore e mezza.

Nanoparticelle del caveau, che sono costituiti da proteine ​​e sono presenti nelle cellule di quasi tutti gli esseri viventi, furono scoperti da Roma e Nancy Kedersha, suo studente allora post-dottorato, negli anni '80. Ogni cellula umana contiene migliaia di volte, che a loro volta contengono altre proteine. Ma Rome e i suoi colleghi alla fine hanno ideato un metodo per costruire volte vuote che potrebbero essere utilizzate per fornire farmaci a cellule specifiche del corpo per combattere il cancro, HIV e altre malattie.

La ricerca contribuisce agli obiettivi della Sustainable L.A. Grand Challenge dell'UCLA, un'iniziativa a livello di campus per la transizione della regione di Los Angeles al 100% di energia rinnovabile, acqua locale e una migliore salute dell'ecosistema entro il 2050. Mahendra sta anche aiutando a sviluppare il piano di lavoro per Sustainable L.A.

Mahendra ha affermato che la nuova tecnica potrebbe essere ampliata entro pochi anni per l'uso commerciale in laghi e fiumi inquinati, e volte potrebbero essere aggiunti alle unità di filtrazione a membrana e facilmente incorporati nei sistemi di trattamento delle acque esistenti. I caveau contenenti diversi enzimi biodegradabili potrebbero potenzialmente rimuovere diversi contaminanti contemporaneamente dalla stessa fonte d'acqua.

È improbabile che pongano rischi per l'uomo o per l'ambiente, Roma ha detto, perché le volte crescono nelle cellule di così tante specie.

Le volte contenenti perossidasi di manganese utilizzate per il nuovo studio sono state costruite da un team guidato da Valerie Kickhoefer, un ricercatore associato che lavora con Roma. Hanno contribuito allo studio anche il primo autore Meng Wang, uno studente laureato nel laboratorio di Mahendra, e il ricercatore associato dello staff dell'UCLA Danny Abad.

La microscopia elettronica per lo studio è stata condotta nel Centro di imaging elettronico per nanomacchine del CNSI. La ricerca è stata supportata dal Programma di ricerca e sviluppo strategico ambientale (premio ER-2422) e dal dipartimento di ingegneria civile e ambientale dell'UCLA.