Вчені із США створили білок, здатний з’єднувати атоми вуглецю і кремнію. Таке нововведення може змінити спосіб виробництва широкого спектру продуктів — від лікарських засобів до світлодіодних лам, напівпровідників і комп’ютерних дисплеїв.
Кремній є другим з найбільш поширених елементів у земній корі, але він в природних умовах ніколи не з’єднується з вуглецем. З цієї причини виробники повинні використовувати штучні хитрощі, щоб створювати речовини, що поєднують ці два елемента в одній молекулі. Такі речовини називаються кремнійорганічними.
За словами Френсіс Арнольд (Frances Arnold) з Каліфорнійського технологічного інституту, було б набагато зручніше і, ймовірно, навіть дешевше, якби можна було створювати такі ж з’єднання біологічними методами. Але до цього моменту вченим просто не вдавалося відшукати в природі або створити реакцію, яка б призводила до потрібного результату.
Арнольд і її колеги виявили білок, який може зробити цю роботу — з’єднати несоединяемое. Дослідницька група створила його за допомогою процесу штучного відбору, який називається спрямований розвиток (directed evolution).Ця технологія була створена групою Арнольд в 90-х роках минулого століття. Новий білок дозволив створити методику скріплення двох елементів в одній молекулі, яка перевершує всі інші існуючі рішення.
«Дослідження стало прекрасною демонстрацією того, як швидко природа може адаптуватися до вирішення проблеми», — зазначає Арнольд.
Фахівці почали роботу з білка, знайденого в геномної послідовності мікроорганізму виду Rhodothermus marinus — бактерії, яка спочатку була виявлена в ісландських гарячих джерелах.
Виділений білок називається фермент цитохрому c (cytochrome c enzyme). Ферменти, нагадаємо, прискорюють найрізноманітніші реакції, полегшуючи їх проходження. Перші лабораторні тестування показали, що за допомогою «спрямованої еволюції» (того процесу, про який розповідалося вище) можна створити тип з’єднання, який дослідники так довго шукали.
Спочатку вони змусили виробляти білок кишкову паличку (E. coli), яку «годували» речовинами, що містять кремній.Після за допомогою вибіркових мутацій ДНК вчені модифікували фермент. Кожен раз вони вибирали найбільш перспективних кандидатів і ініціювали зміни знову і знову, знову ж відбираючи кращу «скакового коня».
Після трьох етапів мутації білок зміг об’єднати кремній з вуглецем в 15 разів ефективніше, ніж інші хімічні каталізатори. Таке з’єднання також було високоизбирательним і давало менше небажаних побічних продуктів, які згодом треба відокремлювати (а зробити це не завжди просто).
«Результати являють собою те, про що люди давно говорили, про що мріяли й чого дуже хотіли добитися», — говорить Анналіза Франц (Annaliese Franz) з Університету Каліфорнії. Вона уявляє, що цей процес буде особливо корисним для фармацевтики та створення нових ліків, оскільки «органічний кремній» використовується в ряді лікарських препаратів.
Крім того, дослідження може підказати нам, як би виглядала кремнієва форма життя — тут чи на іншій планеті, додає Арнольд.
Дослідження опубліковане в науковому виданні Science.
Додамо, що раніше вчені повідомляли про те, що ними була знайдена форма життя, що міститься в своєму складі смертоносний миш’як. Однак пізніше у вимірах і висновках дослідників були знайдені помилки.
