La prossima volta che qualcuno vi dirà che state “buttando via” qualcosa di prezioso, potreste rispondere che in effetti è esattamente quello che fate ogni giorno quando andate in bagno. Una scoperta appena pubblicata su Nature Communications ha dimostrato che le urine umane contengono tutto il necessario per produrre idrossiapatite, il materiale di cui sono fatti ossa e denti.
La chiave sta in un lievito ingegnerizzato chiamato “Osteoyeast” che i ricercatori di Berkeley Lab hanno programmato per trasformare in una fabbrica biologica di materiali biomedici.
Il lievito che imita le cellule ossee
Il progetto nasce dall’osservazione di Yasuo Yoshikuni e Peter Ercius, ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory, che hanno notato come il Saccharomyces boulardii (un lievito simile a quello per fare la birra) possedesse già meccanismi molecolari sorprendentemente simili agli osteoblasti, le cellule specializzate nella formazione delle ossa.
“La parte fortuita è che questo lievito aveva già meccanismi molecolari simili”, ha spiegato Yoshikuni nella ricerca pubblicata. “Sono bastate piccole modifiche per convertire il lievito in una fabbrica cellulare per l’idrossiapatite.”
I ricercatori hanno aggiunto solo due geni: uno per un enzima che degrada l’urea e uno per un trasportatore di urea. Quando il lievito decompone l’urea dalle urine, aumenta il pH all’interno delle cellule, attivando una pompa del calcio che inonda i vacuoli con gli ingredienti per formare minerali.
Come funziona la trasformazione delle urine
Gli osteoyeast, come detto, utilizzano enzimi per scomporre l’urea e aumentare il pH dell’ambiente circostante. Questo innesca l’accumulo di calcio e fosfato sotto forma di fosfato di calcio amorfo nei vacuoli del lievito, che viene poi secreto in vescicole e cristallizzato in idrossiapatite.
David Kisailus, professore di scienza e ingegneria dei materiali all’Università della California Irvine, ha sottolineato come questo processo richieda meno di un giorno per produrre idrossiapatite.
“Il fatto che utilizzi il lievito come telaio, che è economico e può essere collocato in grandi vasche a temperature relativamente basse, dimostra che può essere fatto facilmente senza grandi necessità infrastrutturali.”
I numeri che contano nelle urine
I risultati economici sono impressionanti. L’analisi tecno-economica condotta da Jeremy Guest dell’Università dell’Illinois ha dimostrato che il processo potrebbe costare circa 19 dollari per produrre un chilogrammo di idrossiapatite di qualità commerciale, che può essere venduta per 50-200 dollari .
Il sistema potrebbe generare un profitto di circa 1,4 milioni di dollari all’anno servendo una città delle dimensioni di San Francisco, e riducendo contemporaneamente gli input chimici necessari per rendere sicure le acque reflue. Come spiegato da Guest, “È importante considerare i potenziali impatti di un sistema su vasta scala.”
Applicazioni oltre l’idrossiapatite dalle urine
Le urine sono solo l’inizio. Il team sta già lavorando per sviluppare nuovi ceppi che possano sintetizzare altri biomateriali o catturare e immagazzinare elementi specifici per consentire operazioni di bio-mining ecologicamente sostenibili.
“Oggi utilizziamo circa l’1% dell’energia mondiale per produrre fertilizzanti dal gas azoto”, ha dichiarato Yoshikuni. “Se riuscissimo a produrre sia idrossiapatite che fertilizzanti azotati dall’ammoniaca, potremmo potenzialmente sostituire una parte significativa della domanda totale di azoto.”
Il brevetto dell’osteoyeast è ora disponibile per la licenza, aprendo potenzialmente nuove strade per la produzione sostenibile di biomateriali dai flussi di rifiuti umani. Come sottolineato dai ricercatori, la biotecnologia continua a dimostrare il suo potenziale nel trasformare materiali di scarto in risorse preziose.
Una scoperta che dimostra come l’economia circolare possa davvero iniziare dal bagno di casa.
