Efficient density functional theory directed identification of siderophores with increased selectivity towards indium and germanium

铁载体 密度泛函理论 选择性 化学 生物修复 组合化学 计算化学 有机化学 污染 生物化学 生物 催化作用 基因 生态学
作者
Christian Hintersatz,Satoru Tsushima,Tobias Kaufer,Jérôme Kretzschmar,Angela Thewes,Katrin Pollmann,Rohan Jain
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:478: 135523-135523
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.135523
摘要

Siderophores are promising ligands for application in novel recycling and bioremediation technologies, as they can selectively complex a variety of metals. However, with over 250 known siderophores, the selection of suiting complexants in the wet lab is impractical. Thus, this study established a density functional theory (DFT) based approach to efficiently identify siderophores with increased selectivity towards target metals on the example of germanium and indium. Considering 239 structures, chemically similar siderophores were clustered, and their complexation reactions modeled utilizing DFT. The calculations revealed siderophores with, compared to the reference siderophore desferrioxamine B (DFOB), up to 128 % or 48 % higher selectivity for indium or germanium, respectively. Experimental validation of the method was conducted with fimsbactin A and agrobactin, demonstrating up to 40 % more selective indium binding and at least sevenfold better germanium binding than DFOB, respectively. The results generated in this study open the door for the utilization of siderophores in eco-friendly technologies for the recovery of many different critical metals from various industry waters and leachates or bioremediation approaches. This endeavor is greatly facilitated by applying the herein-created database of geometry-optimized siderophore structures as de novo modeling of the molecules can be omitted.
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