「生きた素材」の浄水器はバクテリアを使って水の汚染物質を中和する

汚染問題が地球に蔓延し続ける中、水の浄化はこれまで以上に重要な取り組みです。このことを踏まえ、カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者たちは、将来の浄化プロジェクトを支援する最新の驚くべきツールを開発しました。それは、水中の有機汚染物質を分解する海藻ポリマーと遺伝子組み換えバクテリアでできた 3D プリントの「人工生体材料」です。

Nature Communicationsに掲載された新しい論文で詳述されているように、この驚くべき発明は、カリフォルニア大学サンディエゴ校の材料研究科学工学センター（MRSEC）に所属するチームによるものです。プロジェクトの発表によると、チームはまず、アルギン酸として知られる海藻由来のポリマーを水和させました。その一方で、研究者らは、シアノバクテリアと呼ばれる水性光合成細菌を遺伝子操作して、抗生物質、染料、医薬品、BPAなどの有機汚染物質を中和できる酵素であるラッカーゼを生成させました。次に、これらの材料を組み合わせて3Dプリンターに通し、バクテリアが光、ガス、栄養素に最適にアクセスできるように表面積と体積の比率を調整したグリッド状のデザインを作成しました。

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「この協力により、シアノバクテリアの遺伝学と生理学に関する知識を応用して、生きた材料を作り出すことができました」と生物科学学部のスーザン・ゴールデン教授は声明で述べた。「これからは、シアノバクテリアに新しい機能を組み込んで、より有用な製品を作ることについて創造的に考えることができます。」

エンジニアたちは自分たちの発明品をテストするために、デニム生地の製造でよく使われる青色染料、インジゴカルミンで汚染された水に自分たちの除染装置を投入した。チームの格子状の生きたツールは、数日かけて水溶液を安全かつ効果的に脱色することに成功した。

しかし、それでも水中にアルギン酸とシアノバクテリアの混合物は残ります。外来汚染物質を外来の合成バクテリアに置き換えても、汚染という大きな問題は必ずしも解決しません。この問題を解決するために、カリフォルニア大学サンディエゴ校のチームは、シアノバクテリアをさらに改良し、多くのお茶やチョコレートに含まれるカフェインに似た分子であるテオフィリンに悪影響を及ぼすようにしました。除染物質が分子と接触するたびに、バクテリアは特定のタンパク質を生成して自身の細胞を分解・破壊し、物質を除去します。

「生体物質が対象の汚染物質に作用し、その後に小さな分子を追加してシアノバクテリアを殺すことができます」と、ナノエンジニアリング教授で研究共同リーダーのジョン・ポコルスキー氏は発表の中で述べた。「この方法により、遺伝子組み換え細菌が環境に残留することへの懸念を軽減することができます。」

この生きたフィルターは既に除染プロジェクトで役立っているが、研究チームは最終的には、外部の化学物質を追加することなく自己破壊するように設計することで、この物質をさらに一歩進めたいと考えている。

「私たちの目標は、すでに環境中に存在する刺激に反応する材料を作ることです」とポコルスキ氏は説明した。