Редкоземельные элементы (РЗЭ) — фундамент современной электроники и «чистой» энергетики. Без них невозможно представить смартфоны, лазеры, ветрогенераторы, электромобили и десятки других технологий. Но классические методы их добычи оставляют после себя выжженную землю, токсичные отходы и разрушенные экосистемы.
Команда профессора биоинженерии Сын-Ука Ли из Калифорнийского университета в Беркли предлагает радикально иной подход. Учёные создали генетически модифицированный вирус, который ведёт себя как микроскопический шахтёр и извлекает РЗЭ из шахтных сточных вод — без вреда для людей и природы.
Как устроена технология
В основе разработки лежит безвредный бактериофаг — вирус, который заражает только бактерии. Исследователи «оснастили» его двумя ключевыми белками.
- Лантанид-связывающий пептид на поверхности вируса работает как миниатюрная «клешня», цепляющая ионы редкоземельных металлов из воды.
- Эластиновый пептид-мотив реагирует на изменение температуры: когда раствор нагревают, вирусы выходят из жидкости вместе с собранными металлами — и их можно аккуратно собрать.
То есть вирус сначала «плавает» в загрязнённой воде, собирая на себя РЗЭ, а затем, по сигналу нагрева, доставляет их на поверхность, словно поднимаясь со дна с полезным грузом. После «смены» такие вирусы можно использовать вновь и вновь — они не теряют эффективности.
Ещё одно преимущество — масштабируемость. Чтобы получить огромное количество «вирус-шахтёров», достаточно вырастить бактерии: вместе с ними размножаются и бактериофаги. Производство обходится дёшево и не требует сложного оборудования.
Почему это важно
Сегодня рынок редкоземельных металлов контролируется буквально одной страной. В 2023 году Китай обеспечивал 70% мировой добычи и 87% переработки РЗЭ. Разработки, подобные проекту Ли, дают странам с собственными залежами возможность безопасно перерабатывать их самостоятельно, снижая зависимость от импорта.
Кроме того, спрос на редкоземельные элементы стремительно растёт. РЗЭ повышают эффективность, миниатюризацию и долговечность техники — от LED-ламп и камер до промышленных лазеров, МРТ-аппаратов и топливных элементов. А главное — именно они позволяют создавать постоянные магниты, необходимые для ветряных турбин и электромобилей. В 2023 году их производство заняло 45% всего рынка РЗЭ.
Если новая биотехнология получит промышленное применение, она может заменить токсичные и энергозатратные методы добычи, которые сейчас считаются стандартом. Как отмечает профессор Ли, такой подход «не только экологичен, но и невероятно прост — по сути, нужен лишь смесительный бак и нагреватель».
Генная инженерия открывает путь к новым формам «зелёной» добычи. Вирусы-добытчики могут стать тем самым инструментом, который изменит глобальный рынок редкоземельных металлов и снизит экологическую цену технологического прогресса. Кто бы мог подумать, что будущее чистой энергетики будет зависеть не только от инженеров и геологов, но и от крошечных вирусов?
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
