Un groupe de recherche métabolique du KAIST et de l'Université de Chung-Ang en Corée a développé une souche recombinante d'E. coli qui biosynthétise 60 nanomatériaux couvrant 35 éléments du tableau périodique. Parmi les éléments, l'équipe a pu biosynthétiser 33 nouveaux nanomatériaux pour la première fois, faire progresser la conception de nanomatériaux grâce à la biosynthèse d'éléments simples et multiples.

L'étude a analysé les conditions de biosynthèse des nanomatériaux à l'aide d'un diagramme de Pourbaix pour prédire la productivité et la cristallinité. Les chercheurs ont étudié un diagramme de Pourbaix pour prédire les espèces chimiques stables de chaque élément pour la biosynthèse des nanomatériaux à différents niveaux de potentiel de réduction (Eh) et de pH. Sur la base des analyses du diagramme de Pourbaix, le pH initial de la réaction est passé de 6,5 à 7,5, aboutissant à la biosynthèse de multiples nanomatériaux cristallins qui étaient auparavant amorphes ou non synthétisés.

Cette stratégie a été étendue à la biosynthèse de nanomatériaux multi-éléments. Divers nanomatériaux à un ou plusieurs éléments biosynthétisés dans cette recherche peuvent potentiellement servir de nanomatériaux nouveaux et novateurs pour des applications industrielles telles que les catalyseurs, capteurs chimiques, biocapteurs, bio-imagerie, l'administration de médicaments, et la thérapie du cancer.

Cette étude, intitulé "Escherichia coli recombinante en tant que bio-usine pour divers nanomatériaux mono et multi-éléments, " a été publié en ligne dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) le 21 mai.

Une récente biosynthèse réussie de nanomatériaux dans des conditions douces sans nécessiter de traitements physiques et chimiques a déclenché l'exploration de la pleine capacité de biosynthèse d'un système biologique pour produire une gamme diversifiée de nanomatériaux ainsi que pour comprendre les mécanismes de biosynthèse des nanomatériaux cristallins par rapport aux nanomatériaux amorphes.

Il y a eu un intérêt accru pour la synthèse de divers nanomatériaux qui n'ont pas encore été synthétisés pour diverses applications, notamment les matériaux semi-conducteurs, cellules solaires améliorées, matériaux biomédicaux, et plein d'autres. Cette recherche rapporte la construction d'une souche recombinante d'E. coli qui co-exprime la métallothionéine, une protéine de liaison aux métaux, et la phytochélatine synthase qui synthétise la phytochélatine peptidique liant les métaux pour la biosynthèse de divers nanomatériaux. Ensuite, une souche d'E. coli a été conçue pour produire une gamme diversifiée de nanomatériaux, y compris ceux qui n'ont jamais été biosynthétisés auparavant, en utilisant 35 éléments individuels du tableau périodique et aussi en combinant des multi-éléments.

Le distingué professeur Doh Chang Lee a déclaré :"Un procédé respectueux de l'environnement et durable est d'un grand intérêt pour la production de nanomatériaux non seulement par des méthodes chimiques et physiques, mais aussi par synthèse biologique. De plus, une grande attention a été accordée à la production de nanomatériaux divers et nouveaux pour de nouvelles applications industrielles. Il s'agit du premier rapport à prédire la biosynthèse de divers nanomatériaux, de loin le plus grand nombre de divers nanomatériaux mono et multi-éléments. Les stratégies utilisées pour la biosynthèse des nanomatériaux dans cette recherche seront utiles pour diversifier davantage le portefeuille de nanomatériaux pouvant être fabriqués. »