Ilmuwan mengungkap terobosan biosensor untuk deteksi logam tanah jarang
Peneliti QUT menciptakan biosensor menggunakan protein rekayasa untuk mendeteksi dan mengekstraksi elemen tanah jarang, menawarkan solusi potensial untuk meningkatnya permintaan dan tantangan lingkungan.
Ahli biologi sintetis QUT telah mengembangkan prototipe untuk biosensor inovatif yang mampu mendeteksi elemen tanah jarang, dengan potensi modifikasi yang sesuai dengan berbagai aplikasi lainnya.
Lanthanides (LN) adalah elemen penting yang digunakan dalam elektronik, motor listrik, dan baterai. Namun, metode ekstraksi saat ini mahal, merusak lingkungan, dan tidak dapat memenuhi permintaan yang meningkat.
Profesor Kirill Alexandrov dan rekan -rekannya dari Pusat Pertanian dan Bioekonomi QUT dan Pusat Keunggulan ARC dalam protein rekayasa biologi sintetis untuk membuat nano molekuler yang menghasilkan sinyal yang mudah dideteksi ketika mereka secara selektif berikatan dengan LNS.
Bersama dengan Profesor Alexandrov, tim peneliti internasional melibatkan peneliti QUT Dr. Zhong Guo, Patricia Walden, dan Dr. Zhenling CUI, bekerja sama dengan para peneliti dari Csiro Platform Sains Biologi Teknik Lanjutan dan Universitas Clarkson (USA).
Breakthrough: Protein Hybrid “Switch”
Menerbitkan temuan mereka di Angewandte Chemie Internationaltim menggambarkan rekayasa protein hibrida, atau “chimera,” dengan menggabungkan protein pengikat lantanida, LANM, dengan enzim yang mendegradasi antibiotik yang disebut beta-laktamase.
Hibrida ini bertindak seperti “sakelar” yang menjadi aktif hanya ketika lanthanides hadir. Ini dapat digunakan untuk mendeteksi dan mengukur LN dalam cairan, menghasilkan perubahan warna yang terlihat atau sinyal listrik.
Secara mengesankan, bakteri yang dimodifikasi dengan chimera ini mampu bertahan hidup di hadapan antibiotik yang sebaliknya akan membunuh mereka – tetapi hanya ketika lanthanides hadir. Ini menyoroti seberapa tepat proteinnya merespons logam langka ini.
“Pekerjaan ini membuka kemungkinan menarik untuk menggunakan biologi untuk mendeteksi dan memulihkan logam tanah jarang,” kata Profesor Alexandrov.
“Prototipe juga dapat dimodifikasi untuk berbagai aplikasi bioteknologi, termasuk konstruksi organisme hidup yang mampu mendeteksi dan mengekstraksi logam yang berharga.”
Perkembangan di masa depan dan aplikasi industri
Tim peneliti sekarang berencana untuk bekerja meningkatkan spesifisitas saklar molekuler untuk membedakan lebih baik antara elemen tanah jarang yang terkait erat. Ini juga mengeksplorasi kemungkinan pengembangan sakelar untuk elemen kritis lainnya. Tim ini sedang dalam diskusi aktif dengan mitra industri potensial yang tertarik dengan teknologi ini.
“Kami juga ingin mengeksplorasi menggunakan alat untuk merekayasa mikroba yang secara langsung dapat mengekstrak mineral tanah jarang dari air laut,” kata Profesor Alexandrov.
“Ini mungkin salah satu sakelar berkinerja terbaik yang dibuat dan telah memberi kami banyak wawasan tentang mekanisme sakelar protein.”
Reference: “Lanthanide-Controlled Protein Switches: Development and In Vitro and In Vivo Applications” by Zhong Guo, Oleh Smutok, Chantal Ronacher, Raquel Aguiar Rocha, Patricia Walden, Sergey Mureev, Zhenling Cui, Evgeny Katz, Colin Scott and Kirill Alexandrov, 24 January 2025, Angewandte Chemie International Edition.
Doi: 10.1002/anie.202411584
