Cientistas e colaboradores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) da Penn State University estão aprimorando moléculas naturais que ajudariam a direcionar elementos radioativos específicos encontrados em resíduos nucleares ou usados ​​em medicina nuclear.
Mesmo as moléculas mais eficazes encontradas na natureza, que passaram por bilhões de anos de evolução, ainda podem ser aprimoradas para aplicações não naturais. A equipe de bioengenharia da proteína mais potente da natureza (lanmodulina) para lantanídeos - elementos naturais usados ​​em vários itens como discos rígidos de computador e ímãs - para torná-lo ainda mais seletivo para elementos actinídeos. Actinídeos são metais radioativos que estão presentes em resíduos nucleares, como urânio, plutônio e amerício.

A pesquisa aparece na revista Chemical Science . Os resultados melhoram a compreensão de como compostos naturais podem interagir com resíduos nucleares no meio ambiente e podem levar a novas moléculas para eliminação e detecção de metais radioativos específicos.

A equipe estrategicamente projetou, sintetizou e caracterizou cinco variantes de lanmodulina (LanM) para decifrar e, eventualmente, melhorar suas propriedades de ligação a actinídeos. Surpreendentemente, eles descobriram que a presença de moléculas de água que ligam a molécula de metal e proteína é particularmente importante para controlar a estabilidade e as preferências de metal dos complexos metal-proteína. Este princípio de design permitiu aos cientistas melhorar a capacidade da proteína de discriminar entre elementos actinídeos e lantanídeos.

Moléculas seletivas para actinídeos sobre lantanídeos estão entre as mais cobiçadas porque essas duas famílias de elementos são encontradas em resíduos nucleares e separá-las permitiria um gerenciamento mais eficiente dos materiais radioativos. A descoberta da equipe pode levar a sistemas de separação drasticamente novos para aplicações em resíduos nucleares e campos de radioquímica. LanM foi descoberto pelos membros da equipe da Penn State em 2018, e a colaboração LLNL-Penn State vem explorando aplicações dessa molécula natural inigualável no campo das ciências nucleares.

"Este é o primeiro estudo em que alguém fez alterações na lanmodulina para dissecar e melhorar suas propriedades de ligação ao metal", disse o cientista do LLNL Gauthier Deblonde, co-autor principal do estudo. “Enquanto estávamos ajustando as propriedades da proteína para atingir elementos radioativos, também aprendemos muito sobre os mecanismos pelos quais ela se liga aos metais”.

Embora as moléculas clássicas tenham um conjunto limitado de interações químicas, a nova pesquisa mostrou que macromoléculas, como proteínas, têm um repertório estendido de interações químicas que os cientistas podem ajustar para atingir metais específicos.

"Este estudo revela mais uma ferramenta que esta notável proteína tem à sua disposição para discriminar entre metais que diferem uns dos outros apenas de maneiras muito sutis. Essa percepção é um passo importante para métodos de separação baseados em LanM de alto desempenho e moléculas projetadas sob medida para ligar isótopos médicos específicos", disse Joseph Cotruvo Jr., professor assistente de química da Penn State e co-autor principal do estudo. + Explorar mais

A interação do lixo nuclear no meio ambiente pode ser mais complicada do que se pensava