Μια εντυπωσιακή ανακάλυψη από το Harvard υπόσχεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο η βιομηχανία διαχειρίζεται τεράστιες ποσότητες οργανικών αποβλήτων, όπως μαλλιά, μαλλί και φτερά. Οι ερευνητές του Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) βρήκαν έναν πιο καθαρό και βιώσιμο τρόπο να «σπάσουν» τις πρωτεΐνες που βρίσκονται σε αυτά τα υλικά, ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα γενιά οικολογικών προϊόντων που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν ακόμη και τα πλαστικά.
Η ανακάλυψη στηρίζεται σε μια φαινομενικά απλή αλλά εξαιρετικά αποτελεσματική ιδέα: ορισμένα άλατα, όπως το βρωμιούχο λίθιο, δεν δρουν απευθείας πάνω στις πρωτεΐνες, όπως πιστευόταν μέχρι σήμερα, αλλά επηρεάζουν τη δομή του νερού γύρω τους. Αυτό το αναπάντεχο χημικό «κόλπο» δημιουργεί τις κατάλληλες συνθήκες ώστε οι σκληρές πρωτεΐνες, όπως η κερατίνη, να «ξεδιπλώνονται» και να αποσυντίθενται πολύ πιο εύκολα.
Η κερατίνη είναι μια από τις πιο ανθεκτικές φυσικές πρωτεΐνες, υπεύθυνη για τη δομή των μαλλιών, των νυχιών, του δέρματος και φυσικά του μαλλιού και των φτερών. Κάθε χρόνο, η κλωστοϋφαντουργία και η βιομηχανία επεξεργασίας κρέατος παράγουν δισεκατομμύρια τόνους τέτοιων αποβλήτων, που μέχρι τώρα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να ανακυκλωθούν. Οι παραδοσιακές μέθοδοι απαιτούσαν τη χρήση ισχυρών και διαβρωτικών χημικών ουσιών, σε εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας με τεράστιο περιβαλλοντικό αποτύπωμα.
Η ομάδα του Kit Parker, Tarr Family Professor of Bioengineering and Applied Physics στο SEAS, κατάφερε να ρίξει φως στον μηχανισμό που κάνει το βρωμιούχο λίθιο τόσο αποτελεσματικό. Με συνδυασμό πειραμάτων και μοριακών προσομοιώσεων, οι ερευνητές έδειξαν ότι το συγκεκριμένο άλας δεν «κολλάει» πάνω στις πρωτεΐνες, αλλά αλλάζει τη συμπεριφορά των μορίων νερού γύρω τους. Στην πράξη, δημιουργούνται δύο «τύποι» νερού: το φυσιολογικό και εκείνο που παγιδεύεται από τα ιόντα του άλατος. Καθώς μειώνεται η ποσότητα του «ελεύθερου» νερού, το περιβάλλον γίνεται λιγότερο σταθερό για τις πρωτεΐνες, οι οποίες αρχίζουν να ξεδιπλώνονται μόνες τους.
Το αποτέλεσμα είναι μια πιο ήπια και βιώσιμη διαδικασία εξαγωγής κερατίνης, που δεν απαιτεί καυστικά χημικά. Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι το ίδιο το διάλυμα μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί, κάνοντας τον κύκλο σχεδόν κλειστό και φιλικό προς το περιβάλλον. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications και συνοδεύεται από αναλυτική παρουσίαση στο Behind the Paper blog.
Για τον πρώτο συγγραφέα της μελέτης, τον μεταπτυχιακό φοιτητή χημείας Yichong Wang, η ανακάλυψη συνδέεται με την πολυετή έρευνα του εργαστηρίου Parker γύρω από τα βιοϋλικά κερατίνης. Στο παρελθόν είχαν παρατηρήσει ότι η κερατίνη που διαλύεται σε βρωμιούχο λίθιο σχηματίζει πηκτές ουσίες με δυνατότητα μορφοποίησης, οι οποίες σταθεροποιούνται άμεσα όταν έρχονται ξανά σε επαφή με νερό. Αν και αυτό το φαινόμενο είχε πρακτικές εφαρμογές, η ομάδα αναρωτήθηκε γιατί συνέβαινε και αποφάσισε να εμβαθύνει στον μηχανισμό.
Η συνεργασία με τον καθηγητή Eugene Shakhnovich από το Τμήμα Χημείας και Χημικής Βιολογίας αποδείχθηκε καθοριστική. Οι μοριακές προσομοιώσεις που πραγματοποίησε ο Junlang Liu έδειξαν με σαφήνεια ότι οι αλλαγές στο νερό, και όχι στις ίδιες τις πρωτεΐνες, ήταν το κλειδί. Ο Wang εξηγεί ότι η «αλλοίωση» της υδάτινης δομής κάνει το νερό να συμπεριφέρεται διαφορετικά, επιτρέποντας στις πρωτεΐνες να αποσυντεθούν χωρίς βίαιες παρεμβάσεις.
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης δεν περιορίζεται στην επιστήμη. Ανοίγει τον δρόμο για μια νέα βιομηχανία ανακύκλωσης πρωτεϊνών, με χαμηλότερο ενεργειακό κόστος και λιγότερη ρύπανση. Η δυνατότητα να μετατραπούν απόβλητα όπως τα μαλλιά και τα φτερά σε υλικά για επιδέσμους, υφάσματα φιλικά προς το περιβάλλον ή ακόμα και εκχυλίσματα με ιατρικές εφαρμογές, μπορεί να αλλάξει ριζικά τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τα «σκουπίδια» των βιομηχανιών.
[via]
