L’eau, la ressource naturelle la plus importante, couvre 71 % de la Terre, mais seulement 2,5 % sont propres à la consommation humaine. Même en Espagne, où malgré les pluies récentes, il y a une sécheresse importante, il y a des régions où on ne peut pas boire. Le purifier est un processus crucial pour garantir qu’il est exempt de contaminants et qu’il peut être consommé. Pour ce faire, différentes technologies ont été développées ces dernières années, comme une invention qui élimine 99,9 % des microplastiques en seulement 10 secondes ou des systèmes de filtration à l’intérieur des bouteilles. Aujourd’hui, les chercheurs ont développé un matériau qui pourrait offrir une solution durable et écologique.
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Purifier l’eau pour la rendre potable signifie éliminer les déchets et les organismes nocifs pour la santé et cela peut provoquer des maladies graves, comme des bactéries, des champignons, des impuretés, des parasites ou des virus. La réduction de la pollution de l’eau est l’un des plus grands défis auxquels l’humanité est actuellement confrontée, car elle provoque des centaines de milliers de morts chaque année. A cette occasion, des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego (États-Unis) ont développé un « matériau d’ingénierie vivant » imprimé en 3D, capable de nettoyer l’eau des contaminants chimiques.
Il s’agit de une structure imprimée en 3D fabriquée à partir d’un polymère à base d’algues qui est combiné à des bactéries génétiquement modifiées pour produire une enzyme qui transforme divers polluants organiques en molécules inoffensives. Des bactéries qui ont également été conçues pour être capables de s’autodétruire lorsqu’elles sont en présence d’une molécule appelée théophylline, que l’on retrouve habituellement dans le chocolat et le thé. Un détail important, puisque cela permet de les éliminer une fois qu’ils ont accompli leur travail, comme l’expliquent les chercheurs dans un communiqué.
Bactéries autodestructrices
Pour créer ce nouveau « matériau vivant », les chercheurs, qui ont publié leur étude dans la revue scientifique Nature Communications, ont utilisé de l’alginate, un polymère naturel dérivé d’algues. Ils l’ont ensuite hydraté pour en faire un gel et l’ont combiné avec un type d’organismes microscopiques capables de photosynthèse oxygénée qui vivent dans l’eau, appelés cyanobactéries. Un mélange que des scientifiques ont introduit dans une imprimante 3D et, après avoir testé diverses géométries, ils ont découvert que la forme de la grille était optimale pour maintenir ces bactéries en vie.
Cette forme présente un rapport surface/volume élevé, ce qui place la plupart des cyanobactéries près de la surface du matériau afin qu’elles puissent accéder aux nutriments, aux gaz et à la lumière. De plus, l’augmentation de la surface rend également le nouveau matériau plus efficace pour décontaminer l’eau. « Ce qui est innovant, c’est la combinaison d’un matériau polymère avec un système biologique pour créer un matériau vivant qui peut fonctionner et répondre aux stimuli d’une manière que les matériaux synthétiques normaux ne peuvent pas faire », explique Jon Pokorski, codirecteur de la recherche et professeur de nano-ingénierie.
Le matériau dans l’eau lors d’essais en laboratoire. Université de Californie Omicrono
Lors de votre enquête des scientifiques cyanobactéries génétiquement modifiées de leur nouveau «matériau vivant modifié» pour produire en continu une enzyme décontaminante dotée d’une activité phénoloxydase appelée laccase. Un élément qui, comme diverses études l’ont déjà montré, peut être utilisé pour neutraliser différents polluants organiques, comme le bisphénol A (BPA) – un produit chimique industriel utilisé depuis les années 1950 pour fabriquer certains plastiques et résines -, des antibiotiques, des médicaments et colorants.
Les chercheurs ont également démontré dans leur état que leur nouveau matériel peut être utilisé pour décontaminer le colorant indigo carmin, qui est un colorant synthétique bleu utilisé dans l’industrie alimentaire pour colorer des produits tels que des boissons ou des glaces, et dans l’industrie textile pour teindre le tissu denim. En effet, lors de tests, il a réussi à décolorer une solution aqueuse contenant ledit colorant. Non seulement cela, mais les scientifiques ont également développé un moyen d’éliminer les cyanobactéries une fois les contaminants éliminés.
Schéma de la façon dont le matériau purifie l’eau. Université de Californie Omicrono
Pour y parvenir, les scientifiques ont modifié génétiquement des cyanobactéries pour répondre à la théophylline. Molécule qui amène les bactéries à produire une protéine qui détruit leurs cellules. « La matière vivante peut agir sur le contaminant d’intérêt, puis une petite molécule peut être ajoutée pour tuer les bactéries. De cette façon, nous pouvons atténuer toute inquiétude concernant la présence de bactéries génétiquement modifiées dans l’environnement », explique Jon Pokorski.
Ils continuent d’enquêter
Malgré leur découverte, le groupe de scientifiques continue de travailler sur ses recherches. En fait, ils ont déjà les premières étapes en tête et assurent qu’une solution préférable est que les bactéries s’autodétruisent sans qu’il soit nécessaire d’ajouter des produits chimiques. « Notre objectif est de fabriquer des matériaux qui répondre aux stimuli déjà présents dans l’environnement. « Nous sommes enthousiasmés par les possibilités que ces travaux peuvent offrir et par les nouveaux matériaux que nous pouvons créer », déclare le professeur Pokorski.
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Ce travail est le résultat d’une collaboration entre ingénieurs, scientifiques des matériaux et biologistes du Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) de l’Université de Californie à San Diego. « Cette collaboration nous a permis d’appliquer nos connaissances sur la génétique et la physiologie des cyanobactéries pour créer un matériel vivant. Nous pouvons désormais penser de manière créative à l’ingénierie de nouvelles fonctions chez les cyanobactéries. pour fabriquer des produits plus utiles« , explique Susan Golden, professeur de biologie moléculaire qui a participé au projet.
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