Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y los colaboradores de la Universidad Estatal de Pensilvania están mejorando las moléculas naturales que ayudarían a detectar elementos radiactivos específicos que se encuentran en los desechos nucleares o se usan en la medicina nuclear.

Incluso las moléculas más efectivas que se encuentran en la naturaleza, que experimentaron miles de millones de años de evolución, aún pueden mejorarse para aplicaciones no naturales. El equipo diseñó mediante bioingeniería la proteína más potente de la naturaleza (lanmodulina) para los lantánidos, elementos naturales que se utilizan en numerosos elementos, como discos duros de computadoras e imanes, para que sea aún más selectiva para los elementos actínidos. Los actínidos son metales radiactivos que están presentes en los desechos nucleares, como el uranio, el plutonio y el americio.

La investigación aparece en la revista Chemical Science . Los resultados mejoran la comprensión de cómo los compuestos naturales pueden interactuar con los desechos nucleares en el medio ambiente y podrían conducir a nuevas moléculas para la eliminación y detección de metales radiactivos específicos.

El equipo diseñó, sintetizó y caracterizó estratégicamente cinco variantes de lanmodulina (LanM) para descifrar y eventualmente mejorar sus propiedades de unión a actínidos. Sorprendentemente, descubrieron que la presencia de moléculas de agua que unen la molécula de metal y proteína es particularmente importante para controlar la estabilidad y las preferencias de metal de los complejos metal-proteína. Este principio de diseño permitió a los científicos mejorar la capacidad de la proteína para discriminar entre elementos actínidos y lantánidos.

Las moléculas que son selectivas para los actínidos sobre los lantánidos se encuentran entre las más codiciadas porque estas dos familias de elementos se encuentran en los desechos nucleares y separarlos permitiría una gestión más eficiente de los materiales radiactivos. El descubrimiento del equipo podría dar lugar a sistemas de separación drásticamente nuevos para aplicaciones en los campos de la radioquímica y los residuos nucleares. LanM fue descubierta por los miembros del equipo de Penn State en 2018, y la colaboración LLNL-Penn State ha estado explorando las aplicaciones de esta molécula natural incomparable en el campo de las ciencias nucleares.

"Este es el primer estudio en el que alguien realizó cambios en lanmodulina para diseccionar y mejorar sus propiedades de unión a metales", dijo el científico del LLNL, Gauthier Deblonde, coautor principal del estudio. "Mientras ajustábamos las propiedades de la proteína para apuntar a los elementos radiactivos, también aprendimos mucho sobre los mecanismos por los cuales se une a los metales".

Si bien las moléculas clásicas tienen un conjunto limitado de interacciones químicas, la nueva investigación mostró que las macromoléculas, como las proteínas, tienen un amplio repertorio de interacciones químicas que los científicos pueden ajustar para apuntar a metales específicos.

"Este estudio descubre otra herramienta más que esta notable proteína tiene a su disposición para discriminar entre metales que difieren entre sí solo en formas muy sutiles. Esta realización es un paso importante hacia métodos de separación basados ​​en LanM de alto rendimiento y moléculas diseñadas a medida. para unir isótopos médicos específicos", dijo Joseph Cotruvo, Jr., profesor asistente de química de Penn State y coautor principal del estudio. + Explora más

La interacción de los desechos nucleares en el medio ambiente puede ser más complicada de lo que se pensaba