Aan één enzym heb je genoeg om kwantumdots te produceren. En zo ben je minstens tien keer goedkoper uit dan wanneer je ze maakt op de klassieke chemische manier, claimen onderzoekers van Lehigh University (VS) in PNAS.

De kwantumdots in kwestie zijn minuscule cadmiumsulfidekristalletjes. Hun ontstaan is een variant op biomineralisatie, de natuurlijke manier waarop allerlei levensvormen zichzelf voorzien van botten, schelpen en andere anorganische structuurelementen. Gewoonlijk zijn daar verschillende enzymen voor verantwoordelijk: een deel genereert ter plekke ionenconcentraties die hoog genoeg zijn om het gewenste mineraal te laten neerslaan, terwijl de rest dient als sjabloon voor de gevormde kristallen.

In dit geval worden beide taken verricht door een cystathionine gamma-lyase uit de bacterie Stenotrophomonas maltophilia. Zulke enzymen breken het zwavelhoudende aminozuur L-cysteïne af, waarbij onder meer waterstofsulfide (H₂S) ontstaat.

Vorig jaar meldde dezelfde groep in het tijdschrift Green Chemistry dat je via ‘gerichte evolutie’ de bacterie een gemodificeerd enzym kunt laten aanmaken, dat CdS-kwantumdots kweekt. Het sulfide komt dan uit de H₂S en het cadmium uit cadmiumacetaat, dat goed oplosbaar is in water. CdS kristalliseert dan uit op de buitenzijde van de bacterie. Dat het enzym ook nog in staat blijkt die kristallen op kwantumdotformaat te houden, is een gelukkig toeval.

Nieuwe experimenten hebben nu aangetoond dat de rest van de bacterie niet essentieel is. Je kunt hem gewoon weglaten, en het enzym laten produceren door E. coli of een ander industrieel werkpaard waar je de genetische code in monteert.

L-cysteïne als zwavelbron is ook niet echt nodig. En beetje Na₂S toevoegen werkt ook, en het enzym weet dan nog steeds te voorkomen dat de kristallen te groot worden. L-cysteïne blijkt echter wél nuttig als extra stabilisator voor die kristallen: ze worden er iets regelmatiger door, en via de cysteïneconcentratie kun je bovendien de gemiddelde diameter en daarmee de optische eigenschappen enigszins sturen.

Of de dots daarmee goed genoeg worden voor commerciële toepassing, wordt uit de publicatie overigens niet helemaal duidelijk.

bron: Lehigh University