SDSUの研究者がレアアース元素を抽出する細菌を設計
希土類元素(REE) のようなランタンそしてネオジム携帯電話やソーラーパネルから衛星や電気自動車に至るまで、現代のエレクトロニクスに不可欠なコンポーネントです。これらの重金属は、微量ではありますが、私たちの周囲に存在します。しかし、需要は増加し続けており、希土類希土類は非常に低濃度で発生するため、従来の希土類元素抽出方法は非効率的で環境を汚染し、作業員の健康に悪影響を与える可能性があります。 現在、国防高等研究計画局 (DARPA) の生物工学資源としての環境微生物 (EMBER) プログラムからの資金提供を受けて、サンディエゴ州立大学の研究者らは、国内のレアアースの供給を増やすことを目的として、高度な抽出方法を開発しています。 「私たちは、環境に優しく、より持続可能な新しい回復手順の開発に努めています」と生物学者で主任研究者のマリーナ・カリュジナヤ氏は語った。 これを行うために、研究者らは、極限状態に生息するメタンを消費する細菌が環境から希土類元素を捕捉する自然な性質を利用する予定である。 「彼らは代謝経路における重要な酵素反応の1つを行うために希土類元素を必要とします」とカリュジナヤ氏は述べた。 REE には、周期表の多くのランタニド元素が含まれています。SDSUの研究者らは、カリフォルニア大学バークレー校およびパシフィック・ノースウェスト国立研究所（PNNL）と協力して、細菌が環境から金属を採取できるようにする生物学的プロセスをリバースエンジニアリングする計画を立てている。生化学者のジョン・ラブ氏によると、このプロセスを理解すれば、さまざまな種類のランタニドに高い特異性で結合する合成デザイナータンパク質の作成に役立つという。PNNLのチームは、極限環境細菌とREE蓄積細菌の遺伝的決定因子を特定し、それらのREE取り込みの特徴を明らかにする予定である。 その後、チームは細菌を改変して、細胞の表面に金属結合タンパク質を生成する予定だとラブ氏は述べた。 希土類元素は、アルミニウムなどの一部の金属鉱石の廃棄物である鉱山の尾鉱に比較的豊富に含まれています。 「鉱山の尾鉱は実際には廃棄物であり、その中には有用な物質がまだたくさん含まれています」とカリュジナヤ氏は語った。 内部の希土類元素を精製して収集するために、これらの水と砕石のスラリーを改変細菌を含むバイオフィルターに通し、細菌の表面にあるデザイナータンパク質を選択的に希土類元素に結合させます。鋳型として機能したメタンを好む細菌と同様に、改良された細菌は、鉱山の尾鉱で見られる極端な pH、温度、塩分濃度に耐えます。 研究者らは、業界パートナーであるゼロックス社のパロアルト研究センター（PARC）と協力して、バイオフィルターに使用する多孔質吸着材料のバイオプリントを行う予定だ。このバイオプリンティング技術は低コストで拡張性があり、鉱物回収に広く適用すると大幅な節約につながると予測されています。 環境エンジニアのクリスティ・ダイクストラ氏によると、チームはバイオフィルターのテストと最適化に加えて、バイオフィルター自体から精製されたランタニドを収集する方法も開発する必要があるという。研究者らは新興企業フェニックス・テイリングスと協力して、回収プロセスをテストし改良した。 目標は、商業的に実行可能で環境に優しい希土類元素抽出プロセスを開発することであるため、ダイクストラとプロジェクトパートナー数名は、ランタニドを回収する他の技術と比較してシステムのコストを分析するだけでなく、環境への影響も分析する予定です。 「現在使用されているものと比較して、環境面で多くのメリットがあり、エネルギーコストが削減されると期待しています」とダイクストラ氏は述べた。「このようなシステムは、より少ないエネルギー入力で、より受動的な生物濾過システムになります。そして理論的には、本当に環境に有害な溶剤などの使用が減ります。現在のプロセスの多くは、非常に過酷で環境に優しくない溶剤を使用することになります。」 ディクストラ氏はまた、細菌は自己複製するため、微生物ベースの技術は自己複製するが、「一方、化学的方法を使用した場合、化学物質を継続的に生産し続ける必要がある」とも指摘する。 「たとえ費用が多少高くなっても、環境に悪影響を及ぼさないのであれば、それは理にかなっています」とカリュジナヤ氏は言う。 DARPAが資金提供するこのプロジェクトの目標は、生物由来の希土類元素回収技術の概念実証を4年以内に提供することであり、これには戦略的ビジョンと分野を超えた展望が必要になるとカリュージナヤ氏は述べた。 同氏は、このプロジェクトはSDSUの大学院生に学際的な研究に参加する機会を提供し、「概念が単なるアイデアからパイロット実証に至るまでどのように成長していくのかを知る」機会を提供すると付け加えた。
投稿時間: 2023 年 4 月 17 日 