Επιστήμονες στις Ηνωμένες Πολιτείες κατάφεραν να μετατρέψουν κάτι τόσο κοινό όσο τα ανθρώπινα ούρα σε ένα υλικό υψηλής τεχνολογίας, κατάλληλο για ιατρικά εμφυτεύματα και όχι μόνο. Η ερευνητική ομάδα αξιοποίησε μια ειδικά τροποποιημένη μαγιά για να παράξει υδροξυαπατίτη, το βασικό συστατικό των οστών και της αδαμαντίνης των δοντιών.
Η μελέτη, η οποία χρηματοδοτήθηκε από την Υπηρεσία Προηγμένων Αμυντικών Ερευνητικών Έργων του αμερικανικού στρατού (DARPA), παρουσιάστηκε στις 6 Μαΐου στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications. Η τεχνολογία που ανέπτυξαν οι ερευνητές όχι μόνο συμβάλλει στην περιβαλλοντική διαχείριση, απομακρύνοντας τα ούρα από τα λύματα, αλλά παράλληλα δημιουργεί ένα χρήσιμο και εμπορικά αξιοποιήσιμο υλικό.
Ο David Kisailus, καθηγητής επιστήμης υλικών και μηχανικής στο University of California, Irvine και συν-συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί πως η νέα μέθοδος επιτυγχάνει έναν διπλό στόχο: από τη μία περιορίζει τη ρύπανση που προέρχεται από τα λύματα, και από την άλλη παράγει υδροξυαπατίτη, ένα υλικό με εφαρμογές στην ιατρική, την αρχαιολογία, ακόμη και στη βιομηχανία δομικών υλικών.
Ο υδροξυαπατίτης είναι μια ιδιαίτερα ανθεκτική ουσία, αποτελούμενη από ιόντα ασβεστίου, φωσφόρου και υδροξειδίου. Λόγω της χημικής του ομοιότητας με το ανθρώπινο οστό, είναι εξαιρετικά συμβατός με το ανθρώπινο σώμα, γεγονός που τον καθιστά ιδανικό για χρήση σε ορθοπεδικά και οδοντιατρικά εμφυτεύματα. Ωστόσο, η βιομηχανική παραγωγή του μέχρι σήμερα ήταν ακριβή και περιλάμβανε μεθόδους που δημιουργούσαν τοξικά ενδιάμεσα υποπροϊόντα.
Στο ανθρώπινο σώμα, ο υδροξυαπατίτης παράγεται από εξειδικευμένα κύτταρα που ονομάζονται οστεοβλάστες. Αυτά απορροφούν φωσφορικό ασβέστιο από τα υγρά του οργανισμού για να συνθέσουν το οστό. Όμως, αυτά τα κύτταρα δεν πολλαπλασιάζονται εύκολα, κάτι που καθιστά δύσκολη τη χρήση τους σε βιομηχανική κλίμακα.
Αναζητώντας μια πιο πρακτική λύση, οι ερευνητές στράφηκαν σε έναν τύπο μαγιάς με την ονομασία Saccharomyces boulardii, η οποία συναντάται στη φλούδα τροπικών φρούτων όπως το λίτσι και χρησιμοποιείται ήδη ως προβιοτικό. Με γενετική τροποποίηση, η μαγιά αυτή μετατράπηκε σε αυτό που οι επιστήμονες ονόμασαν “οστομαγιά” (osteoyeast), η οποία μπορεί να διασπάσει την ουρία των ούρων και να παράγει υδροξυαπατίτη.
Η ουρία, υποπροϊόν του μεταβολισμού των πρωτεϊνών, αποβάλλεται από τον οργανισμό μέσω των νεφρών και καταλήγει στα ούρα. Με τη νέα αυτή μέθοδο, κάθε λίτρο ούρων μπορεί να αποδώσει περίπου ένα γραμμάριο υδροξυαπατίτη, και η διαδικασία ολοκληρώνεται μέσα σε λιγότερο από μία ημέρα.
Σύμφωνα με τον Kisailus, η χρήση μαγιάς ως “εργοστάσιο παραγωγής” έχει σημαντικά πλεονεκτήματα. Είναι οικονομική, μπορεί να καλλιεργηθεί σε μεγάλες δεξαμενές σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, όπως συμβαίνει και με τη ζύμωση μπύρας, και δεν απαιτεί εξειδικευμένες υποδομές. Αυτό σημαίνει ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να εφαρμοστεί ακόμη και σε αναπτυσσόμενες χώρες, προσφέροντας βιώσιμες λύσεις.
Οι δυνατότητες της μεθόδου δεν περιορίζονται όμως μόνο στην ιατρική. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ο υδροξυαπατίτης που παράγεται από ούρα θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία βιοδιασπώμενων πλαστικών, για την αποκατάσταση αρχαιολογικών ευρημάτων και ακόμη και για την κατασκευή οικοδομικών υλικών. Επόμενος στόχος της ομάδας είναι η μεγέθυνση της παραγωγής ώστε να καταστεί δυνατή η τρισδιάστατη εκτύπωση υλικών με βάση τον υδροξυαπατίτη για χρήση σε εμφυτεύματα, στη βιομηχανία πλαστικών, την κατασκευή και τις ενεργειακές εφαρμογές.
Η καινοτόμος αυτή προσέγγιση υπογραμμίζει τις τεράστιες δυνατότητες της συνθετικής βιολογίας και της κυκλικής οικονομίας. Μετατρέποντας ένα απόβλητο προϊόν, όπως τα ανθρώπινα ούρα, σε ένα υλικό υψηλής αξίας, η έρευνα αυτή ανοίγει τον δρόμο για πιο βιώσιμες και αποτελεσματικές τεχνολογίες στο μέλλον.
[via]
