Un equipo de investigadores del California NanoSystems Institute en UCLA ha encontrado una nueva forma de usar enzimas para eliminar contaminantes del agua que es rentable y energéticamente eficiente. capaz de eliminar múltiples contaminantes a la vez, y minimiza los riesgos para la salud pública y el medio ambiente.

El avance podría ser un nuevo paso importante en el esfuerzo por satisfacer la necesidad mundial de agua potable para beber. riego y uso recreativo.

Los métodos actuales requieren múltiples pasos e involucran químicos que reaccionan al calor, luz solar o electricidad. Los científicos habían demostrado anteriormente que el agua contaminada se podía limpiar mediante actividades enzimáticas de bacterias y hongos naturales. que descompone los contaminantes en sus componentes químicos inofensivos. Pero ese método conlleva el riesgo de liberar organismos peligrosos al agua.

La nueva técnica de UCLA, desarrollado por un equipo dirigido por Shaily Mahendra, un profesor asociado de UCLA de ingeniería civil y ambiental, y Leonard Rome, profesor de química biológica y director asociado del CNSI, es una variación de ese método. Los investigadores colocan enzimas en partículas a nanoescala llamadas "bóvedas, "luego deposita las diminutas partículas en agua contaminada.

Su método se describe en un artículo publicado en ACS Nano .

Mahendra dijo que los procesos microbianos en el agua que son parte del sistema natural de biodegradación eventualmente descompondrían la contaminación en nuestra agua. pero solo durante un período muy largo.

"Los microbios naturales son la razón por la que el mundo todavía no está cubierto de excrementos de dinosaurios, ", Dijo Mahendra." Pero no tenemos el tiempo ni el espacio en nuestro planeta para ignorar los lagos y ríos contaminados durante un par de millones de años mientras la naturaleza hace el trabajo ".

Las bóvedas a nanoescala son partículas diminutas, de apenas mil millonésimas de metro de diámetro, que tienen la forma de barriles de cerveza. Mahendra dijo que el nuevo método es efectivo porque las bóvedas protegen las enzimas, manteniéndolos intactos y potentes cuando se colocan en el agua contaminada.

Los científicos probaron el método utilizando una enzima llamada peroxidasa de manganeso. Descubrieron que durante un período de 24 horas las bóvedas eliminaban tres veces más fenol del agua que la enzima cuando se dejaba caer al agua sin usar bóvedas.

También descubrieron que debido a que la peroxidasa de manganeso permanecía estable dentro de las bóvedas, todavía podía eliminar el fenol del agua después de 48 horas. El peróxido de manganeso libre estaba completamente inactivo después de 7 1/2 horas.

Nanopartículas de bóveda, que están formados por proteínas y están presentes en las células de casi todos los seres vivos, fueron descubiertos por Rome y Nancy Kedersha, su entonces estudiante postdoctoral, en la década de 1980. Cada célula humana contiene miles de bóvedas, que a su vez contienen otras proteínas. Pero Rome y sus colegas finalmente idearon un método para construir bóvedas vacías que podrían usarse para administrar medicamentos a células específicas del cuerpo para combatir el cáncer. VIH y otras enfermedades.

La investigación contribuye a los objetivos del Gran Desafío Sostenible de Los Ángeles de UCLA, una iniciativa en todo el campus para hacer la transición de la región de Los Ángeles al 100% de energía renovable, agua local y salud mejorada del ecosistema para 2050. Mahendra también está ayudando a desarrollar el plan de trabajo para Sustainable L.A.

Mahendra dijo que la nueva técnica podría ampliarse en unos pocos años para uso comercial en lagos y ríos contaminados. y se podrían agregar bóvedas a las unidades de filtración de membranas e incorporarlas fácilmente a los sistemas de tratamiento de agua existentes. Las bóvedas que contienen varias enzimas biodegradantes diferentes podrían eliminar varios contaminantes a la vez de la misma fuente de agua.

Es poco probable que representen riesgos para los seres humanos o el medio ambiente, Roma dijo, porque las bóvedas crecen en las células de tantas especies.

Las bóvedas que contienen peroxidasa de manganeso utilizadas para el nuevo estudio fueron construidas por un equipo dirigido por Valerie Kickhoefer, investigador asociado que trabaja con Roma. También contribuyeron al estudio el primer autor Meng Wang, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Mahendra, y Danny Abad, investigador asociado del personal de UCLA.

La microscopía electrónica para el estudio se llevó a cabo en el Centro de Imágenes Electrónicas para Nanomáquinas del CNSI. La investigación fue apoyada por el Programa de Investigación y Desarrollo Ambiental Estratégico (premio ER-2422) y el departamento de ingeniería civil y ambiental de UCLA.