Gli scienziati del Materials Research Center (MRC), Indian Institute of Science (IISc), hanno sviluppato un nuovo tipo di mimetico enzimatico in grado di degradare efficacemente le sostanze chimiche tossiche nelle acque reflue industriali in presenza di luce solare.
Gli enzimi sono proteine che catalizzano la maggior parte delle reazioni biologiche nei sistemi viventi. Tuttavia, l’uso pratico degli enzimi naturali è fortemente ostacolato da alcune limitazioni intrinseche. Queste limitazioni includono la sensibilità alla denaturazione (guasto/danno), procedure di produzione complesse, costi elevati e difficoltà di riciclaggio, afferma Subinoy Rana, professore assistente presso MRC e autore corrispondente dell'articolo pubblicato su Nanoscale .
La produzione in serie di questi enzimi è un processo costoso e dispendioso in termini di tempo. Ad esempio, la laccasi, un enzima naturale utilizzato per degradare i fenoli nelle industrie, viene estratto da un fungo chiamato marciume bianco, ma la quantità di enzima prodotto dipende da quanto fungo è disponibile in un dato momento. "È un processo lungo ed è difficile produrli in quantità superiori ai milligrammi", afferma Rana. Un altro problema è la conservazione:la maggior parte degli enzimi naturali sono sensibili alla temperatura e richiedono la conservazione a temperature più fresche, spesso fino a -20°C.
I mimetici enzimatici di dimensioni nanometriche o "nanozimi" prodotti in laboratorio possono imitare tali enzimi naturali e superare queste sfide pratiche.
Nel presente studio, il team IISc ha sintetizzato un nanozima contenente platino chiamato NanoPtA, che può essere convertito in polvere per uso industriale. Imita la funzione delle ossidasi, enzimi naturali che rimuovono l'idrogeno dai substrati in presenza di ossigeno per dare acqua. Questo nanoenzima non solo è altamente specifico nel scomporre determinati substrati, ma è anche robusto perché può resistere a una serie di cambiamenti di pH e temperatura.
Quando il NanoPtA entra in contatto con le acque reflue, gli anelli benzenici e le lunghe catene alchiliche presenti nella molecola formano molteplici interazioni non covalenti. Le singole molecole di NanoPtA si collegano insieme per formare strutture simili a nastri che iniziano a emettere luce, che è l'origine della sua capacità ossidante. Il nanoenzima può quindi degradare gli inquinanti presenti nelle acque reflue ossidandoli in presenza di luce solare, riducendo così la tossicità delle acque reflue.
Il team ha testato l'effetto del nanoenzima sugli effluenti comuni che inquinano l'acqua, come fenoli e coloranti. Hanno scoperto che potrebbe degradare anche piccole quantità (micromolari) di fenoli e coloranti entro dieci minuti se esposto alla luce solare. I ricercatori hanno anche scoperto che il complesso NanoPtA era abbastanza stabile, durando fino a 75 giorni a temperatura ambiente. "Le proteine vengono generalmente conservate a –20°C o 4°C, ma in questo caso possono essere conservate a temperatura ambiente", afferma Rana. In effetti, i ricercatori hanno scoperto che il NanoPtA è rimasto stabile per più di sei mesi a temperatura ambiente.
Il team ritiene che il nanoenzima non sia utile solo per abbattere gli inquinanti tossici, ma possa anche avere applicazioni nel settore sanitario. Hanno testato la sua capacità di ossidare i neurotrasmettitori come la dopamina e l'adrenalina:quando ossidate, queste molecole mostrano un cambiamento di colore in soluzione, che può quindi essere utilizzato per misurare la loro concentrazione.
"Questo è importante perché questi neurotrasmettitori sono associati al morbo di Parkinson, al morbo di Alzheimer e all'arresto cardiaco", afferma Rohit Kapila, primo autore e Ph.D. studente presso MRC, IISc. Misurare questi neurotrasmettitori utilizzando tali nanozimi può potenzialmente essere un utile strumento diagnostico per le malattie neurologiche e neurodegenerative, aggiunge.
Andando avanti, i ricercatori intendono brevettare il nanozima, poiché ritengono che possa essere facilmente prodotto in grandi quantità su scala industriale. Il gruppo di Rana sta anche esaminando alternative metalliche meno costose al platino nel complesso nanozima.
Ulteriori informazioni: Rohit Kapila et al, Attività ossidasi-simile specifica legata alla luce di un nanozima Pt(ii) autoassemblato per il risanamento ambientale, Nanoscala (2023). DOI:10.1039/D3NR02081A
Informazioni sul giornale: Nanoscala
Fornito dall'Indian Institute of Science
