Wenn Ihnen das nächste Mal jemand sagt, dass Sie etwas Wertvolles „wegwerfen“, könnten Sie antworten, dass Sie genau das jeden Tag tun, wenn Sie auf die Toilette gehen. Eine kürzlich veröffentlichte Studie Nature Communications veröffentlicht hat gezeigt, dass der menschliche Urin alles enthält, was zur Produktion von Hydroxylapatit, das Material, aus dem Knochen und Zähne bestehen.
Der Schlüssel liegt in einer gentechnisch veränderten Hefe namens „Osteoyeast“, die Forscher des Berkeley Lab so programmiert haben, dass sie sich in eine biologische Fabrik für biomedizinische Materialien verwandelt.
Hefe, die Knochenzellen nachahmt
Das Projekt entstand aus der Beobachtung von Yasuo Yoshikuni e Peter Ercius, Forscher am Lawrence Berkeley National Laboratory, die feststellten, wie die Saccharomyces boulardii (eine Hefe, die der Hefe ähnelt, die zur Bierherstellung verwendet wird) verfügte bereits über molekulare Mechanismen, die denen der Osteoblasten, der auf die Knochenbildung spezialisierten Zellen, überraschend ähnlich waren.
„Das Glückliche daran ist, dass diese Hefe bereits über ähnliche molekulare Mechanismen verfügte“, erklärte er. Yoshikuni in Veröffentlichte Forschung„Es waren nur ein paar kleine Veränderungen nötig, um Hefe in eine zelluläre Fabrik für Hydroxylapatit umzuwandeln.“
Die Forscher fügten lediglich zwei Gene hinzu: eines für ein Enzym, das Harnstoff abbaut, und eines für einen Harnstofftransporter. Wenn Hefe Harnstoff aus dem Urin abbaut, erhöht dies den pH-Wert in den Zellen und aktiviert eine Kalziumpumpe, die den Vakuolen mit den Zutaten zu Mineralien.
So funktioniert die Urinumwandlung
Osteohefen nutzen, wie bereits erwähnt, Enzyme, um Harnstoff abzubauen und den pH-Wert der Umgebung zu erhöhen. Dies führt zur Ansammlung von Kalzium und Phosphat in Form von amorphem Kalziumphosphat in den Hefevakuolen, das dann in Vesikel sezerniert und zu Hydroxylapatit kristallisiert wird.
David Kissailus, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der University of California Irvine, betonte, wie dieser Vorgang dauert weniger als einen Tag zur Herstellung von Hydroxylapatit.
„Die Tatsache, dass Hefe als Basis verwendet wird, die billig ist und in großen Bottichen bei relativ niedrigen Temperaturen gelagert werden kann, zeigt, dass dies problemlos und ohne großen Infrastrukturbedarf möglich ist.“
Die Zahlen, die im Urin zählen
Die wirtschaftlichen Ergebnisse sind beeindruckend. Die techno-ökonomische Analyse von JeremyGuest der University of Illinois hat gezeigt, dass Der Prozess könnte etwa 19 Dollar kosten, um ein Kilogramm Hydroxylapatit in Handelsqualität herzustellen, das für 50-200 Dollar verkauft werden kann. .
Das System könnte einen Gewinn von etwa 1,4 Millionen Dollar pro Jahr erwirtschaften eine Stadt von der Größe San Franciscos zu versorgen und gleichzeitig den Chemikalieneinsatz zu reduzieren, der für die Abwasserreinigung erforderlich ist. Wie erklärt von Gast„Es ist wichtig, die möglichen Auswirkungen eines groß angelegten Systems zu berücksichtigen.“
Anwendungen über Hydroxylapatit aus Urin hinaus
Urin ist nur der Anfang. Das Team arbeitet bereits an der Entwicklung neuer Stämme, die andere Biomaterialien synthetisieren oder bestimmte Elemente einfangen und speichern können, um einen umweltverträglichen Biomining-Betrieb zu ermöglichen.
„Heute verbrauchen wir etwa ein Prozent der weltweiten Energie für die Herstellung von Düngemitteln aus Stickstoffgas“, sagte Yoshikuni. „Wenn wir sowohl Hydroxylapatit als auch Stickstoffdünger aus Ammoniak herstellen könnten, könnten wir möglicherweise einen erheblichen Teil des gesamten Stickstoffbedarfs decken.“
Das Osteoyeast-Patent steht nun zur Lizenzierung zur Verfügung und eröffnet möglicherweise neue Wege für die nachhaltige Produktion von Biomaterialien aus menschlichen Abfallströmen. Wie von Forschern hervorgehobenDie Biotechnologie stellt weiterhin ihr Potenzial unter Beweis, Abfallstoffe in wertvolle Ressourcen umzuwandeln.
Eine Entdeckung, die zeigt, dass die Kreislaufwirtschaft tatsächlich im heimischen Badezimmer beginnen kann.
