Вчені змусили природу створювати вуглецево-кремнієві зв’язки, інтегрувавши кремній у життя

Це перший випадок, коли природа використала кремній для побудови зв’язків з вуглецевими молекулами, які є будівельними блоками життя. Досі такого роду структури могли створювати лише вчені-хіміки у лабораторних умовах.

Команді вчених з Каліфорнійського технологічного інституту (Калтех) вдалось зробити дещо нетривіальне – вони культивували бактеріальний протеїн, який здатен самостійно продукувати кремній-вуглецеві молекулярні зв’язки.

Синтетичне виробництво потребує дорогоцінні метали та токсичні розчинникиКремній-вуглецеві молекули дуже поширені у фармацевтичних продуктах та інших промислових компаундах. Їх можна зустріти у фарбах, електронних чипах, дисплеях та агротехнічних хімікатах. Однак усі ці сполуки виробляються синтетично, і ми не знайдемо жодної такої молекули у природі. У Калтех показали, що біологи здатні “змусити” природу саму продукувати новий вид сполук, і робити це більш екологічно та з меншими витратами. Нове дослідження також надало беспрецендентний приклад того, що природа взагалі здатна використовувати кремній для органічних молекул.

Життя на основі кремнію
Форми життя на основі органічного кремнію в уявленні художника. Джерело: Lei Chen та Yan Liang (BeautyOfScience.com) для Калтех.

Нам невідомо жодного живого організму, який би використовував водночас кремній-вуглецеві зв’язки, хоча сам кремній дуже поширений, він усюди довкола нас, у гірських породах і на всіх узбережжях.

– розповідає Дженіфер Кан, постдок з Лабораторії Арнольда (Arnold’s lab) та провідний автор дослідження.

Селекція ензимів методом Арнольда

Щоби перепрограмувати ензими на виробництво нового виду сполук, дослідники скористались методом скерованої еволюції Френсіса Арнольда, розробленим вченим на початку 1990-х рр.

Ензими – це особливий вид білків, які каталізують, тобто прискорюють або підтримують хімічні реакції. Метод скерованої еволюції полягає у виборі початкового ензиму та його подальшої селекції. Вчені піддають генетичний код бактерій мутаціям та відбирають зразки з потрібними властивостями так само, як це роблять розплідники тварин та агротехнологи під час селекції нових рослинних культур. Процес мутацій та відбору продовжують до моменту, коли вчених задовольняє новий зразок з кращими властивостями, ніж у початкового.

Ідеальним кандидатом виявився білок у бактерії з гарячих джерелах Ісландії. Білок з назвою cytochrome c  зазвичай віддає електрони іншим білкам, однак дослідники з’ясували, що іноді він відіграє роль ензиму під час створення кремній-вуглецевих зв’язків на нижчому рівні. Генетичні маніпуляції дозволили їм отримати ензим-мутант, що продукує окремі кремній-вуглецеві сполуки у 15 разів ефективніше за найкращий каталізатор, винайдений хіміками.

Чи можливо, щоби природа використовувала кремній для створення життя? На думку Арнольда, все в руках природи. Ця робота підтверджує, що біологія здатна запустити хімічні реакції, які досі не доступні сучасній неорганічній хімії.

10 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також
Далі

Цей матеріал здатний самостійно відновлюватися після механічного напруження та проводити струм

Дослідницька група з Інституту біомедичних досліджень Кореї та Стенфордського університету повідомила про розробку нового матеріалу з високою електропровідністю.…
Далі

З’явились рідкі кристали з від’ємним параметром порядку. Що в них надзвичайного?

Дослідники з Університету Люксембургу винайшли новий спосіб отримання рідких кристалів із порядком орієнтації, який є оберненим до того,…