Revoluční atlas proteinů: Mikrobiální objevy posílí domácí těžbu vzácných zemin v USA

Tým amerických vědců, vedený Národní laboratoří Skalistých hor (NLR) a podporovaný Pacifickou severozápadní národní laboratoří (PNNL), vytváří první atlas přirozeně se vyskytujících proteinů schopných vázat prvky vzácných zemin.

Tým amerických vědců, vedený Národní laboratoří Skalistých hor (NLR) a podporovaný Pacifickou severozápadní národní laboratoří (PNNL), vytváří první atlas přirozeně se vyskytujících proteinů schopných vázat prvky vzácných zemin. Tento projekt, financovaný částkou 2 miliony dolarů z Úřadu pro vědu amerického ministerstva energetiky, má potenciál zásadně posílit domácí dodávky kritických minerálů, jako je neodym, praseodym, dysprosium a terbium. Tyto prvky jsou nezbytné pro výrobu silných magnetů používaných v generátorech, bateriích, počítačích a MRI skenerech, přičemž Spojené státy jsou v současnosti silně závislé na jejich dovozu, převážně z Číny.

Výzkumný tým vyvíjí nástroj pro „bioprospekci“ s využitím strojového učení, který dokáže identifikovat geografické oblasti v USA bohaté na tyto přirozeně se vyskytující proteiny. Cílem je optimalizovat proces vazby kovů a následně využít specifické proteiny k bioakumulaci kovů z domácích odpadů. Prvním krokem je vytvoření mikrobiální mapy. Vědci nedávno objevili, že proteiny v mikroorganismech, nejhojnější formě života na Zemi, rozpoznávají a využívají prvky vzácných zemin. Pomocí modelů strojového učení tým analyzuje vztahy mezi metagenomickými atributy a environmentálními charakteristikami, jako je geochemie půdy a srážky, napříč Spojenými státy. To jim umožňuje předpovídat, kde se pravděpodobně nacházejí mikroby s proteiny vázajícími vzácné zeminy.

Druhým krokem je identifikace slibných proteinů vázajících kovy. Z environmentálních vzorků vědci sekvenují mikrobiální DNA a izolují potenciální nové proteiny. Následně využívají roboticky asistované experimentální postupy NLR k rychlému screeningu stovek kombinací proteinů a kovů. Cílem je zjistit, jak silně a selektivně se proteiny vážou na vzácné zeminy a jak stabilní zůstávají po opakovaných cyklech absorpce a uvolňování. Tyto proteiny by pak mohly být začleněny do bioseparačních systémů, které dokážou extrahovat požadované kovy z domácích odpadů, jako jsou stará elektronika, důlní hlušina a průmyslové vedlejší produkty.

Závěrečným krokem je pochopení role těchto proteinů v biologii mikroorganismů, což pomůže optimalizovat celý biosystém. Pochopení základních mechanismů vazby proteinů s kovy umožní kontrolovat a optimalizovat proces, což by mohlo výrazně snížit náklady a zdroje potřebné k domácí produkci vzácných zemin. Alli Werner, vedoucí projektu z NLR, zdůrazňuje, že současná rafinace vzácných zemin je drahá a náročná na odpady, vyžadující obrovské množství chemických rozpouštědel. Proteiny, které selektivně vážou vzácné zeminy, by mohly tento proces zjednodušit a snížit chemickou spotřebu. Tento mikrobiální atlas představuje významný krok k cenově dostupnému a plně domácímu zásobování kritickými minerály, čímž se posílí národní ekonomika a sníží environmentální dopad těžby.