Ученые Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) и сотрудники Университета штата Пенсильвания улучшают природные молекулы, которые помогут нацеливаться на определенные радиоактивные элементы, обнаруженные в ядерных отходах или используемые в ядерной медицине.
Даже самые эффективные молекулы, обнаруженные в природе и прошедшие миллиарды лет эволюции, все еще могут быть улучшены для неестественных применений. Команда биоинженерно разработала самый мощный природный белок (ланмодулин) для лантаноидов — природных элементов, используемых во многих предметах, таких как компьютерные жесткие диски и магниты, — чтобы сделать его еще более селективным в отношении актинидных элементов. Актиниды — это радиоактивные металлы, которые присутствуют в ядерных отходах , таких как уран, плутоний и америций.
Исследование опубликовано в журнале Chemical Science. Результаты улучшают понимание того, как природные соединения могут взаимодействовать с ядерными отходами в окружающей среде и могут привести к новым молекулам для удаления и обнаружения определенных радиоактивных металлов.
Команда стратегически разработала, синтезировала и охарактеризовала пять вариантов ланмодулина (LanM), чтобы расшифровать и в конечном итоге улучшить его свойства связывания актинидов. Удивительно, но они обнаружили, что присутствие молекул воды, которые соединяют молекулы металла и белка, особенно важно для контроля стабильности и предпочтений металлов в комплексах металл-белок. Этот принцип конструкции позволил ученым улучшить способность белка различать актинидные и лантаноидные элементы.
Молекулы, которые являются селективными в отношении актинидов по сравнению с лантанидами, являются одними из самых желанных, потому что эти два семейства элементов обнаруживаются в ядерных отходах, и их разделение позволит более эффективно обращаться с радиоактивными материалами. Открытие группы может привести к принципиально новым системам разделения для применения в областях ядерных отходов и радиохимии. LanM был обнаружен членами группы из штата Пенсильвания в 2018 году, и сотрудничество LLNL и штата Пенсильвания изучает возможности применения этой несравненной природной молекулы в области ядерных наук.
«Это первое исследование, в котором кто-то внес изменения в ланмодулин, чтобы расчленить и улучшить его свойства связывания металлов», — сказал ученый LLNL Готье Деблонд, соавтор исследования. «Когда мы настраивали свойства белка на радиоактивные элементы, мы также многое узнали о механизмах, с помощью которых он связывает металлы».
В то время как классические молекулы имеют ограниченный набор химических взаимодействий, новое исследование показало, что макромолекулы, такие как белки, имеют расширенный репертуар химических взаимодействий, которые ученые могут точно настроить для конкретных металлов.
«Это исследование раскрывает еще один инструмент, который этот замечательный белок имеет в своем распоряжении, чтобы различать металлы, которые отличаются друг от друга очень тонкими способами. Это открытие является важным шагом на пути к высокоэффективным методам разделения на основе LanM и специально разработанным молекулам . связывать определенные медицинские изотопы», — сказал Джозеф Котруво-младший, доцент кафедры химии штата Пенсильвания и соавтор исследования.
