Un grupo de investigación metabólica en KAIST y la Universidad de Chung-Ang en Corea ha desarrollado una cepa de E. coli recombinante que biosintetiza 60 nanomateriales que cubren 35 elementos en la tabla periódica. Entre los elementos, el equipo pudo biosintetizar 33 nanomateriales novedosos por primera vez, avanzar en el diseño de nanomateriales mediante la biosíntesis de elementos únicos y múltiples.

El estudio analizó las condiciones de biosíntesis de nanomateriales utilizando un diagrama de Pourbaix para predecir la producibilidad y cristalinidad. Los investigadores estudiaron un diagrama de Pourbaix para predecir las especies químicas estables de cada elemento para la biosíntesis de nanomateriales en diferentes niveles de potencial de reducción (Eh) y pH. Basado en los análisis del diagrama de Pourbaix, el pH inicial de la reacción se cambió de 6,5 a 7,5, resultando en la biosíntesis de múltiples nanomateriales cristalinos que eran previamente amorfos o no sintetizados.

Esta estrategia se amplió para biosintetizar nanomateriales de elementos múltiples. Varios nanomateriales de elementos únicos y múltiples biosintetizados en esta investigación pueden potencialmente servir como nanomateriales nuevos y novedosos para aplicaciones industriales como catalizadores, sensores químicos, biosensores, bioimagen, entrega de medicamentos, y terapia contra el cáncer.

Este estudio, titulado "Escherichia coli recombinante como biofábrica de varios nanomateriales de uno y varios elementos, "se publicó en línea en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) el 21 de mayo.

Una biosíntesis exitosa reciente de nanomateriales en condiciones suaves sin requerir tratamientos físicos y químicos ha desencadenado la exploración de la capacidad de biosíntesis completa de un sistema biológico para producir una gama diversa de nanomateriales, así como para comprender los mecanismos de biosíntesis de nanomateriales cristalinos versus amorfos.

Ha habido un mayor interés en sintetizar varios nanomateriales que aún no se han sintetizado para diversas aplicaciones, incluidos materiales semiconductores, células solares mejoradas, materiales biomédicos, y muchos otros. Esta investigación informa la construcción de una cepa de E. coli recombinante que coexpresa metalotioneína, una proteína de unión a metales, y fitoquelatina sintasa que sintetiza el péptido fitoquelatina de unión a metales para la biosíntesis de varios nanomateriales. Después, una cepa de E. coli fue diseñada para producir una amplia gama de nanomateriales, incluidos los que nunca se han biosintetizado antes, mediante el uso de 35 elementos individuales de la tabla periódica y también mediante la combinación de elementos múltiples.

El distinguido profesor Doh Chang Lee dijo:"Un proceso sostenible y respetuoso con el medio ambiente es de gran interés para la producción de nanomateriales no solo mediante métodos químicos y físicos, sino también mediante síntesis biológica. Además, Se ha prestado mucha atención a la producción de nanomateriales novedosos y diversos para nuevas aplicaciones industriales. Este es el primer informe para predecir la biosíntesis de varios nanomateriales, con mucho, el mayor número de nanomateriales de elementos únicos y múltiples. Las estrategias utilizadas para la biosíntesis de nanomateriales en esta investigación serán útiles para diversificar aún más la cartera de nanomateriales que se pueden fabricar ".