Atklājumi.lv

Jauni nanofiltri ūdens attīrīšanai no antibiotikām izmantos baktēriju proteīnu pumpjus un Saules gaismas enerģiju

Arvien pieaugošā antibiotiku lietošana cilvēku medicīnā, veterinārijā, kā arī lopkopībā un zivjkopībā veicina jaunu un jaunu pret antibiotikām noturīgu gēnu rašanos baktērijām, tādējādi radot bažas par dažādu, līdz šim viegli ārstējamu infekciju nekontrolējamu izplatīšanos un saslimšanas smaguma pieaugumu. Tikai Eiropā vien gadā tiek patērēts vairāk nekā 10 000 tonnu antibiotiku un liela daļa no tām, no 30 līdz pat 60%, cilvēku un dzīvnieku organismos nepārstrādātas nonāk apkārtējā vidē, bet no tās - gan ar pārtikas, gan ūdens starpniecību - cilvēku patēriņā. Līdztekus noturības izraisīšanai toksiskām baktērijām, antibiotikas, nonākušas ūdenstilpnēs, nogalina daudzus derīgus mikroorganismus, kā arī izraisa dažādus veselības traucējumus zivīm un abiniekiem, tādējādi daudzos veidos negatīvi ietekmējot ekosistēmu līdzsvaru un barības ķēdes.

Ja tieši panākt antibiotiku lietošanas apjomu samazināšanu nav zinātnieku spēkos - tas, ņemot vērā virknē pētījumu publicētos faktus un no tiem izrietošos draudīgos secinājumus, pieņemot attiecīgus normatīvos aktus un industrijas regulācijas, jādara politiķiem, tad sekundārā ierobežošana, tai skaitā ūdens attīrīšanas iekārtu efektivitātes palielināšana ir tieši atkarīga no zinātnieku panākumiem jaunu tehnoloģiju izstrādē.

Savu risinājumu ūdens attīrīšanai no antibiotikām un citiem kaitīgiem piesārņojuma veidiem piedāvā Cincinati (ASV) universitātes pētnieki, kuri izdevumā "Nano Letters" 13. aprīlī publicētā rakstā ziņo par panākumiem jauna nanofiltra izstrādē. 

{groups:Abonents}Pārbaudes izmēģinājumos šis filtrs, kurš izmēros ir mazāks par cilvēka matu, spēja absorbēt 64% no ūdenī esošām antibiotikām, kas ir ievērojami vairāk nekā aptuveni 40%, ko spēj absorbēt šobrīd plaši izmantotie aktivētā oglekļa filtri. Filtra izmēģināšanu pētnieki veica, izmantojot no Mazās Maiami upes iesmeltu ūdeni, no kura selektīvi izdevās izfiltrēt ļoti plaši cilvēku un veterinārajā medicīnā izmantotās antibiotikas - ampicilīnu un vankomicīnu, kā arī tādu cilvēkiem un ūdens dzīvniekiem potenciāli kancerogēnu savienojumu kā nukleīnskābju iekrāsošanai izmantotu reģentu etīdija bromīdu.

Filtra uzbūvē zinātnieki izmantojuši divus, baktēriju sintezētus proteīnus. Ļoti interesanti, ka viens no tiem, AcrB, tieši pieder tai šūnu mehānismu grupai - proteīnu pumpjiem, kuru darbība, selektīvi izgrūžot no baktēriju ķermeņiem tām nevajadzīgas un/vai kaitīgas vielas, galvenokārt arī nodrošina to noturību pret antibiotikām. Saprotams, ka vielu izgrūšana nav tā īpašība, kas noderīga filtriem. Taču zinātnieki AcrB tā izmainīja, ka tas sāka darboties pretēji - vairs ne kā selektīvs antibiotiku izgrūdējs, bet kā to iesūcējs.

Lai AcrB proteīnu pumpis varētu darboties, tam nepieciešama enerģija un to filtrā nodrošina otrs bakteriālas cilmes transporta proteīns - delta rodopsīns, kas mākslīgi, hibrīdā formā apvienots ar AcrB. Delta rodopsīns ir fotoaktīvs proteīns, kas, piemēram, Escherichia coli šūnās darbojas kā gaismas aktivizēts protonu pumpis.

Izstrādātāji paši norāda, ka baktēriju proteīnu pumpju filtriem, salīdzinājumā ar patreizējām filtrācijas tehnoloģijām ir šādas priekšrocības:

1) To darbības nodrošināšanai nav nepieciešama papildu enerģija - pietiek ar Saules gaismu;
2) Tehnoloģija teorētiski pieļauj savākto antibiotiku otrreizēju izmantošanu;
3) Jaunie filtri ir ļoti selektīvi. Patreiz lietotie oglekļa filtri turpretī darbojas pēc principa "noķert visu", tādējādi tiekot ātrāk nosprototi ar upēs un ezeros esošām sīkām organiskām daļiņām.

Jāatzīmē, ka antibiotiku otreizējās izmantošanas iespējas pamatā gan ir atkarīgas no atbilstošo procesu tehnoloģiskajām izmaksām, kuras šobrīd prognozēt nav iespējams. Tomēr, arī gadījumā, ja šis ieguvums no jauno filtru priekšrocību saraksta būs jāsvītro, to efektivitātes rādītāji ir pietiekami iespaidīgi, lai par šo izstrādājumu, kad tas parādīsies tirgū, varētu rasties pietiekami plaša komerciāla interese.

Šobrīd pētnieki turpina filtru pilnveidošanu, kā nākošo mērķi uzstādot selektīvu ūdens attīrīšanu no hormoniem un smagajiem metāliem.

Attēli: Cincinati universitātes publicitātes foto.

Avots:

Vikram Kapoor, David Wendell. Engineering Bacterial Efflux Pumps for Solar-Powered Bioremediation of Surface Waters. Nano Letters, 2013; : 130417085101004 DOI:10.1021/nl400691d 

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.