Ученые превратили человеческую мочу в ценное сырье для зубных и костных имплантатов, одновременно очищая сточные воды. Исследование, опубликованное Nature Communications, описывает, как синтетические дрожжи создают гидроксиапатит (HAp) — биосовместимый минерал, востребованный в медицине.
Команда из Калифорнийского университета в Ирвайне совместно с учеными из США и Японии разработала «остеодрожжи» — модифицированный штамм дрожжей Saccharomyces boulardii, который имитирует остеобласты — клетки, формирующие кости в организме. Дрожжи перерабатывают мочевину, повышая щелочность среды, что позволяет накапливать кальций и фосфат. Затем он выделяется в виде крошечных гранул и кристаллизуется в (HAp) — прочный, биосовместимый минерал из которого состоят кости и зубная эмаль. Процесс занимает менее суток и дает 1 г HAp на литр мочи.
HAp — легкий, прочный и биосовместимый материал, идеальный для имплантатов, реставрации археологических артефактов и биоразлагаемых изделий. Его рынок, по прогнозам, достигнет $3,5 млрд к 2030 году, при цене $70–200 за кг. Производство таким образом через дрожжи обходится ввсего в $19 за кг, что делает его экономически выгодным.
«Этот процесс достигает двух целей: удаляет мочу из сточных вод, снижая загрязнение, и создает материал для коммерческого использования», — сказал биохимик Дэвид Кисаилус, соавтор исследования
Моча, составляя 1 % сточных вод, содержит 70–90 % азота и 50–65 % фосфора, вызывающих эвтрофикацию — чрезмерный рост водорослей, вредящий экосистемам. Новый метод нейтрализует эти риски.
Особенность технологии — простота. Дрожжи, как при производстве пива, дешевы и могут работать в больших чанах при низких температурах.
«Это доступно для развивающихся стран, где нет сложной инфраструктуры», — подчеркнул Кисаилус.
Ученые подтвердили процесс с помощью микроскопии: флуоресцентные метки показали, как дрожжи накапливают минералы, а электронная микроскопия подтвердила состав HAp. В апреле 2025 года тесты в Сан-Франциско показали, что система может приносить городу $1,4 млн прибыли в год.
Интересно, что технология может выйти за рамки медицины. Ученые, включая Ясуо Ёсикуни из Лаборатории Беркли, планируют использовать дрожжи для создания материалов для энергетики и 3D-печати.
«Мы разрабатываем многофункциональные материалы, комбинируя дрожжевую платформу с 3D-печатью», — заключил Кисаилус.
Это открывает путь к замене пластиков и созданию экологичных строительных материалов. Проект поддержали Минэнерго США, Министерство обороны США и Управление научных исследований ВВС.
Ученые отмечают, что это важное открытие, поскольку оно дает сразу двойную пользу. Осталось только общественное принятие, поскольку использование мочи может вызывать скептицизм и небольшие доработки в реализации.
Биоинженеры впервые напечатали межпозвоночные диски из водорослей и коллагена
В организме человека найдены новые клетки, которые могут вырасти в любой орган
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram