Un gruppo di ricerca metabolica presso il KAIST e l'Università Chung-Ang in Corea ha sviluppato un ceppo ricombinante di E. coli che biosintetizza 60 nanomateriali che coprono 35 elementi della tavola periodica. Tra gli elementi, il team potrebbe biosintetizzare per la prima volta 33 nuovi nanomateriali, promuovere la progettazione di nanomateriali attraverso la biosintesi di elementi singoli e multipli.

Lo studio ha analizzato le condizioni di biosintesi dei nanomateriali utilizzando un diagramma di Pourbaix per prevedere la producibilità e la cristallinità. I ricercatori hanno studiato un diagramma di Pourbaix per prevedere le specie chimiche stabili di ciascun elemento per la biosintesi dei nanomateriali a vari livelli di potenziale di riduzione (Eh) e pH. Sulla base delle analisi del diagramma di Pourbaix, il pH iniziale della reazione è stato modificato da 6,5 ​​a 7,5, con conseguente biosintesi di più nanomateriali cristallini che in precedenza erano amorfi o non sintetizzati.

Questa strategia è stata estesa alla biosintesi di nanomateriali multielemento. Vari nanomateriali a elemento singolo e multiplo biosintetizzati in questa ricerca possono potenzialmente servire come nuovi e nuovi nanomateriali per applicazioni industriali come catalizzatori, sensori chimici, biosensori, bioimmagini, consegna farmaci, e terapia del cancro.

Questo studio, intitolato "Escherichia coli ricombinante come biofabbrica per vari nanomateriali a elemento singolo e multiplo, " è stato pubblicato online nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ) il 21 maggio.

Una recente biosintesi di successo di nanomateriali in condizioni blande senza richiedere trattamenti fisici e chimici ha innescato l'esplorazione della piena capacità di biosintesi di un sistema biologico per la produzione di una vasta gamma di nanomateriali e per la comprensione dei meccanismi di biosintesi per i nanomateriali cristallini rispetto a quelli amorfi.

C'è stato un maggiore interesse nella sintesi di vari nanomateriali che non sono ancora stati sintetizzati per varie applicazioni, inclusi materiali semiconduttori, celle solari potenziate, materiali biomedici, e molti altri. Questa ricerca riporta la costruzione di un ceppo ricombinante di E. coli che co-esprime metallotioneina, una proteina legante i metalli, e fitochelatina sintasi che sintetizza il peptide fitochelatina legante il metallo per la biosintesi di vari nanomateriali. Successivamente, un ceppo di E. coli è stato progettato per produrre una vasta gamma di nanomateriali, compresi quelli mai biosintetizzati prima, utilizzando 35 singoli elementi della tavola periodica e anche combinando più elementi.

Il distinto professor Doh Chang Lee ha detto, "Un processo rispettoso dell'ambiente e sostenibile è di grande interesse per la produzione di nanomateriali non solo con metodi chimici e fisici, ma anche con sintesi biologica. Inoltre, è stata prestata molta attenzione alla produzione di nanomateriali diversi e nuovi per nuove applicazioni industriali. Questo è il primo rapporto a prevedere la biosintesi di vari nanomateriali, di gran lunga il maggior numero di vari nanomateriali a elemento singolo e multiplo. Le strategie utilizzate per la biosintesi dei nanomateriali in questa ricerca saranno utili per diversificare ulteriormente il portafoglio di nanomateriali che possono essere prodotti".