Team bruger solcelledrevne proteiner til at filtrere skadelige antibiotika fra vand

(Phys.org) —Ny forskning, netop offentliggjort, detaljer, hvordan forskere fra University of Cincinnati har udviklet og testet et solcelledrevet nanofilter, der er i stand til at fjerne skadelige kræftfremkaldende stoffer og antibiotika fra vandkilder - søer og floder - med en væsentlig højere hastighed end den aktuelt anvendte filtreringsteknologi lavet af aktivt kul.

I journalen Nano bogstaver , Vikram Kapoor, miljøingeniør doktorand, og David Wendell, adjunkt i miljøteknik, rapporter om deres udvikling og test af det nye filter lavet af to bakterielle proteiner, der var i stand til at absorbere 64 procent af antibiotika i overfladevand mod omkring 40 procent absorberet af den aktuelt anvendte filtreringsteknologi lavet af aktivt kul. Et af de mere spændende aspekter ved deres filter er evnen til at genbruge de antibiotika, der fanges.

Kapoor og Wendell begyndte udviklingen af ​​deres nye nanofilter i 2010 og testning i 2012, med resultaterne rapporteret i et papir med titlen "Engineering Bacterial Efflux Pumps for Solar-Powered Bioremediation of Surface Waters."

Tilstedeværelsen af ​​antibiotika i overfladevand er skadelig, idet den avler resistente bakterier og dræber nyttige mikroorganismer, som kan forringe vandmiljøer og fødekæder. Med andre ord, smitsomme stoffer som vira og sygdomsfremkaldende bakterier bliver flere, mens vandløbs og søers sundhed forringes.

Så, ifølge Wendell, de nyudviklede nanofiltre, hver meget mindre i diameter end et menneskehår, potentielt kan have en stor indvirkning på både menneskers sundhed og på sundheden i vandmiljøet (da tilstedeværelsen af ​​antibiotika i overfladevand også kan påvirke fiskens endokrine systemer, fugle og andet dyreliv).

Overraskende nok, dette filter anvender et af de meget elementer, der gør det muligt for lægemiddelresistente bakterier at være så skadelige, en proteinpumpe kaldet AcrB. Wendell forklarede, "Disse pumper er et fantastisk produkt af evolutionen. De er i det væsentlige selektive affaldsbortskaffelser for bakterierne. Vores innovation vendte bortskaffelsessystemet. Så, i stedet for at pumpe ud, vi pumper forbindelserne ind i proteovesiklerne." (Den nye filtreringsteknologi kaldes et proteovesikelsystem.)

En anden vigtig innovation var strømkilden, et lysdrevet bakterieprotein kaldet Delta-rhodopsin, som forsyner AcrB med pumpekraften til at flytte antibiotika.

Det bakterielle proteinsystem har en række fordele i forhold til nuværende filtreringsteknologi:

• Driften af ​​den nye filtreringsteknologi er drevet af direkte sollys vs. det energikrævende behov for driften af ​​standard aktivt kulfilter.
• Filtreringsteknologien giver også mulighed for genanvendelse af antibiotika. Efter at disse nye nanofiltre har absorberet antibiotika fra overfladevand, filtrene kunne udvindes fra vandet og behandles for at frigive stofferne, så de kan genbruges. På den anden side, kulfiltre regenereres ved opvarmning til flere hundrede grader, som brænder antibiotika af.
• De nye proteinfiltre er meget selektive. Aktuelt anvendte aktivt kulfiltre tjener som "fangst alle, " filtrering af en lang række forurenende stoffer. Det betyder, at de hurtigere bliver tilstoppet med naturligt organisk materiale, der findes i floder og søer.

sagde Wendell, "Indtil nu, vores innovation lover at være et miljøvenligt middel til at udvinde antibiotika fra overfladevandet, som vi alle er afhængige af. Det har også potentiale til at sørge for omkostningseffektiv antibiotikagenvinding og genbrug. Næste, vi vil teste vores system til selektivt at filtrere hormoner og tungmetaller fra overfladevand."

I forhold til det arbejde, der er offentliggjort i dette papir, Wendell og Kapoor testede deres solcelledrevne nanofilter mod aktivt kul, den nuværende behandlingsteknologiske standard uden for laboratoriet. De testede deres innovation i vand indsamlet fra Little Miami River. Bruger kun sollys som strømkilde, de var i stand til selektivt at fjerne antibiotikaene ampicillin og vancomycin, almindeligt anvendte humane og veterinære antibiotika, og nukleinsyrefarven, ethidiumbromid, som er et potent kræftfremkaldende stof for mennesker og vanddyr.