Группа исследователей из Чикагского университета, Пекинского университета и Аргоннской национальной лаборатории спроектировала белковый комплекс, который эффективно связывает растворенный в воде уран. Генетически кодируемая структура рассчитана вычислительными методами, но ее свойства подтвердились экспериментально (статья в Nature Chemistry).
Это первая известная демонстрация, когда для добычи урана из морской воды используется бактериальная система, сконструированная из натуральных белков.
Изобретенный белок, как сообщается, дешевле и эффективнее существующих методов добычи урана из океана. Он может найти широкое применение в промышленности и энергетике. Более того, биосистему можно модифицировать для связывания других ионов в низкой концентрации, то есть для добычи и других схожих материалов.
Уран играет важную роль как альтернатива углеводородному топливу. В то же время, запасы урана на Земле ограничены. По оценкам ученых, в мировом океане растворено в 1000 раз больше урана, чем находится в месторождениях на суше. К сожалению, там он представлен в форме растворимого уранила (UO22+) – положительного двухзарядного иона U (VI), причем в очень низких концентрациях ~3,2 частицы на 109 (~13,7 нМ). Уранил связан с карбонатами и другими анионами. В морской воде много ионов других металлов в более высоких концентрациях, что делает задачу изоляции и избирательного связывания урана исключительно сложной.
Однако ученым удалось решить эту проблему методами биоинформатики. В природе не существует белков, которые связывают уранил, но исследователи применили вычислительный скрининг для поиска синтетического белка с указанным свойством — чтобы он мог связывать уранил. И такой белок удалось вычислить.
Во время скрининга ученые перебрали белки из базы Protein Data Bank. Когда нашли отдаленно подходящего кандидата, то его оптимизировали до нужного состояния.
Созданный термоустойчивый белок под названием Super Uranyl-binding Protein (SUP) эффективно связывает уран с константой диссоциации Kd = 7,4 фемтомоль и очень избирательно (более чем 10 000-кратная селективность к ионам других металлов).
Общая структура SUP и того фрагмента протеина, который осуществляет изоляцию уранила
Электростатическая схема поверхности SUP: синий цвет соответствует положительно заряженным регионам, красный цвет — отрицательно заряженным
Сравнение расчетной модели (пурпурным цветом) и кристаллической структуры SUP (синим)
Во время экспериментов, SUP извлек от 30% до 60% уранила, растворенного в искусственной морской воде. Если такое количество удастся добыть из мирового океана, то проблема дефицита урана будет решена на многие столетия.
Комментарии (34)
sergku1213
12.08.2015 09:04Я, в связи с опубликованным, вот что хочу сказать. Неосуществимые мечты и идеи прежних времён, всё чаще становятся практикой. Когда-то мечтатели фантазировали про добычу золота из морской воды. Теперь получили белок эффективно связывающий уран и возможно, подобные белки смогут решить вопросы добычи рассеянных элементов. Да остается прикрутить производство этого белка и устойчивость к этому элементу к геному какой-нибудь ярко окрашенной водоросли и… мир, в очередной раз изменится.Так может не стоит так уж сильно давить мечты когда: «Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда!» Может присмотреться повнимательней?
aleks_raiden
12.08.2015 09:32+1Понимаете… это из другого разряда. Никто никогда не утверждал, что невозможно. Золото из морской воды эксперементально добывали еще в 20 — 30-х годах. Не стоит путать именно невозможное и возможное и понятное, но без необходимых инструментов и/или невыгодное (в разных смыслах слова выгода).
sergku1213
12.08.2015 09:40Если почитать историю попыток добычи золота из морской воды, окажется не так просто, как Вы говорите. Там была внезапно заявлена возможность добывать его. Продвигавший эту идею человек, как-то раздобыл морскую воду с завышенной в сотни раз концентрацией золота. Разоблачение. Убеждённое доказательство. что это экономически невозможно. Цепочка скандалов очень похожая на многие скандалы нынешних лет. Другой пример — наше Солнце — Д.И.Менделеев — успешно доказал практическую невозможность построения воздухоплавательных баллонов с горелками, на которых теперь все летают. Читал я его труды. Ну не верил он в идею, не нравилась она ему. Он её запорол. Просто НЕ сделать опыт гораздо легче, чем сделать.
aleks_raiden
12.08.2015 09:44Так я не говорю про просто. А лишь про возможность — то есть это переходит в разряд инженерной задачи.
Zenitchik
12.08.2015 10:53+1Эту идею не один человек продвигал и не в одной стране. И опытов была тьма с водой из разных районов океана (в т.ч. были специальные экспедиции по изучению содержания металлов в морской воде, на специально оборудованных судах, способных отбирать воду и проводить измерения на ходу). Увы, на положительный экономический эффект не вышли.
fivehouse
12.08.2015 10:06+2Интересно, а этот белок на твердой основе площадью, скажем 100 кв.м., сможет в принципе пережить без разрушения тесное взаимодействие с потоком воды в количестве 1 млн тонн без разрушения? Столько морской воды надо полностью обработать для 1 кг урана. Сколько будет стоить просто перекачка этого количества воды? Это 1 куб километр.
ProgrammerAlias
12.08.2015 10:42+31млн тонн воды это 100м х 100м х 100м или 0.001 куб километра воды.
sergku1213
12.08.2015 10:28Ядовитый он, зараза. Да и если мы весь уран извлечём из морей это будет чертовски много. Хватит и нескольких процентов.
eugenius_nsk
12.08.2015 15:30Фтор ещё более ядовитый, однако это не мешает ему участвовать в куче биологических процессов.
sergku1213
12.08.2015 16:21+1Очень грубая ошибка! Вы путаете химическую форму. По Вашей логике самое ядовитое железо — один тычок в сердце железным ножиком и кранты. Токсичность фтористого натрия 5-10 гр смертельная доза — это много. Выводится он хорошо. А уран — его надо очень мало и выводится он очень плохо. А опасность фтора — главная в форме плавиковой кислоты или фтора, ввиду реакционноспособности потрясающей. Во-вторых не очень помню где он там в процессах задействован. При построении костной ткани зубов… но тут говорить не буду, так как не медик, не знаю.
Meklon
12.08.2015 19:40+1Зубы не кость. Это производное эпителия. Как рога, волосы, кожа и т.п. Там органическая матрица и минеральный компонент из гидроксиапатита. Фтор превращает в эмали гидроксиапатит во фторапатит на стадии закладки зуба и формирует кислотоустойчивый слой.
AmberSP
12.08.2015 15:20+2А как процес-то планируется организовать? Ну есть белок, который может связывать уран. Надо через него прогнать дофигаллион тонн воды так, чтобы белок не смыло.
Очень интересно и любопытно, но совсем не понятно :(eugenius_nsk
12.08.2015 15:31А потом ещё надо достать уран из этого белка. И желательно без разрушения этого самого белка, чтобы его можно было переиспользовать.
sergku1213
12.08.2015 15:59+2Ну как бы я сделал. — сделал бы водоросль или малоподвижное морское животное вроде морского огурца, клетки которой на мембране наклеивают этот белок прочно, по мере насыщения поверхностные клетки втягиваются внутрь и перерабатываются, уран в виде окиси, навеное, откладывается в удобных местах этого существа. Окрасить его в удобный цвет для лёгкости поиска, потом искать, удобные места, достигшие насыщенности ураном, отделять, собирать и перерабатывать.
AmberSP
12.08.2015 17:09+1ууу, биозащитники-то как завоююють. Животину ради жуткого урана мучать! Как посмели!!!
sergku1213
12.08.2015 17:12А её может так сделають, что ей эти «удобные места» отрезать в удовольствие будет. Типа — в носу поковыряться.
AmberSP
12.08.2015 18:11+2что-то я сразу не вспомнил про религиозных фанатиков?.. «Вы что, собрались взять на себя Божественное начало?!»
sergku1213
12.08.2015 18:24Хуже, я тут с одноклассником беседовал. Он — батюшка, сиречь — поп. Задал ему вопрос про ГМО, кои, как известно, все церкви признают и кошерными и халяльными и т.д. Он сказал — непорядок, если не Богом создано, души не будет… Вот тут-то я и встрепенулся: — Душа у сои? Как же душу живую губить в салат, например?.. Смеялись.
kamaikin
12.08.2015 18:43С одной стороны мнение отдального священника, да еще высказанное в приватной беседе, может и не совпадать с мнением церкви.
С другой стороны, не надо путать церковь, веру и религию.sergku1213
12.08.2015 18:53+2Естественно. Люди просто боятся всего нового. Вы знаете, что рассказывали про первых христиан. Отвратительные гадости и глупости. Так же в наших деревнях в моём детстве рассказывали ужасы. Теперь ужасы рассказывают про ГМ. Но на уровне необразованных товарищей. Потому-то все церкви и дают однозначный ответ — ГМ есть можно, на уровне руководства. А батюшка рассуждает по своему разумению.«Что есть чудо, дети мои? Чудо есть нечто непостижимое человеческим умом. Как то пароаоз, пароход, аэроплан». Пройдет и это.
leshabirukov
12.08.2015 17:36+4Я так понимаю, к изотопам эта технология не селективна? Ну и ладно, а то ещё акулы взрываться начнут.
stetzen
13.08.2015 04:28+1Эта штука фильтрует уран химически, а химически изотопы ничем не отличаются. Обогащение происходит за счет разница масс, точнее, разной скорости диффузии, ей вызванной, и не совсем понятно, как можно в микрорамках подобный эффект воспроизвести. В живой природе никаких изотопочуствительных процессов я как-то не припоминаю, хотя они могли бы быть полезными в плане уменьшения фоновой радиации.
denticulus
12.08.2015 22:32По-любому нужно учить синтезировать белок какие-то организмы, в идеале — фильтраторы типа губок. Иначе, просто пропуская воду через белковые фильтры, обязательно найдётся бактерия, которая обрадуется халявному белку.
stetzen
13.08.2015 04:33Ну других способов производить белок во внятных масштабах пока никто не придумал всё равно. Я бы поставил не на губки, а на какие-то одноклеточные водоросли, если честно — высеять в ограниченном объёме с какими-то фильтрами и собирать тину время от времени. Эффективные методики, исключающие жизнеспособность такой штуки во внешней среде, вполне себе есть.
fivehouse
13.08.2015 09:54Молярный вес урана 92. Молярный вес этого пептида я оцениваю в 10000. То есть для 1 кг урана нужна 100 кг пептида. Стоимость этих 100 кг пептида может быть в сотни раз выше килограмма урана. И это количество пептида должно быть размазано слоем в 1 молекулу по какой-то поверхности. Площать этой поверхности представляю с трудом.
Equin0x
Похоже, мир, описанный Янковским в «Правила подводной охоты», не такой уж и фантастический, с его разумными торпедами из нитрожира с косточкой-молоточком в носу )
ProstoTyoma
А мне вспомнился «Зодиак» Стивенсона с химикатом, который уничтожает мировой океан.