Роальд Хоффманн (Roald Hoffmann) из Корнельского университета (США) и его коллеги обнаружили, что живые организмы способны связывать углерод и кремний. Они показали, что естественный фермент, полученный из бактерии, которая живет в горячих источниках, могут образовывать связи углерод-кремний внутри живых клеток кишечной палочки — при условии, если им подают «правильные» кремнийсодержащие соединения. Это открытие может помочь химикам в разработке новых лекарственных препаратов и промышленных катализаторов и, возможно, объясняет, почему эволюция почти полностью избегала кремния. Результаты исследования опубликованы в Nature.
Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold), инженер-химик из Калифорнийского технологического института в Пасадене США), проверила, могут ли некоторые натуральные ферменты связывать углерод с кремнием, учитывая теоретическую возможность. Изучив базу данных белков, она и ее коллеги выявили несколько десятков перспективных в этом плане ферментов. После проведения скрининга исследователи остановились на бактерии Rhodothermus marinus, которая живет в экстремальных условиях исландских горячих источников. Ученые синтезировали ген, кодирующий этот белок и встроили его E.coli (кишечной палочке).
Их предположение оказалось правильным: фермент начал катализировать соединение кремния и углерода, если ему подавались нужные кремнийсодержащие предшественники. К слову, энзимы обычно не делают этого, так как в естественных условиях бактерии не производят кремнийсодержащих соединений.
Тем не менее, поначалу модифицированные кишечные палочки были не очень эффективны в новой для них функции, и исследовательская группа произвела селекцию бактерий, которые показывали лучшие результаты. Уже через несколько поколений колония произвела бактерии, которые были достаточно продуктивны и значительно превосходили в деле связывания кремния и углерода имеющиеся искусственные катализаторы.
Профессор Арнольд известна как автор метода направленной эволюции, который сегодня нашел применение во многих областях, начиная от улучшения стиральных порошков до синтеза новых лекарственных препаратов. Она выиграла премию Millennium Technology суммой € 1 млн ($ 1,1 млн) в этом году за эту работу.
«Это открывает совершенно новые возможности в области фармацевтических исследований и может привести к открытию новых лекарств», — сказал Ицхак Апелоиг (Yitzhak Apeloig), специалист в области органической химии в Израильском технологическом институте в Хайфе (Израиль).
Полученные результаты могут также помочь решить фундаментальные вопросы о ранней эволюции жизни, в частности, была ли «отбраковка» кремния живыми системами случайностью или нет — ученые уже давно не могут понять, почему живые организмы практически не используют кремний, один из самых распространенных элементов на Земле.
Ранее портал Научная Россия писал о том, что кремний можно добывать из рисовой шелухи.
