Фрэнсис Арнольд из Калифорнийского технологического института, профессор химической инженерии, биоинженерии и биохимии имени Линуса Полинга и ее команда совершили еще один подвиг в области биоинженерии и создали бактерии, которые впервые могут создавать химические соединения, содержащие связи между бором и углеродом.. До сих пор такие бор-углеродные связи поступали только из лабораторий химиков и не могли быть получены ни одной известной формой жизни.
Это открытие является частью новой волны синтетической биологии, в которой живые организмы учат производить химические соединения, необходимые для фармацевтических препаратов, сельскохозяйственных химикатов и других промышленных продуктов. В прошлом году команда Арнольда также разработала бактерии для производства молекул с кремний-углеродными связями, называемых кремнийорганическими соединениями, которые можно найти во всем, от фармацевтических препаратов до полупроводников..
Используя биологию вместо синтетических процессов, исследователи потенциально могут производить химические соединения более «зелеными» способами, которые являются более экономичными и производят менее токсичные отходы, по словам Арнольда.
«Мы дали жизни совершенно новый строительный блок, которого у нее не было раньше», - говорит Арнольд, который также является директором Центра биоинженерии Донны и Бенджамина М. Розен. «Это только начало. Мы открыли новое пространство для исследования биологии, пространство, в котором есть полезные продукты, изобретенные людьми."
«Природа создала прекрасное оборудование, которым мы можем воспользоваться, - говорит Хуанг. «Мы переделываем лучшие изобретения природы».
Чтобы заставить бактерии производить борсодержащие соединения, ученые использовали метод направленной эволюции, впервые предложенный Арнольдом в начале 1990-х годов. которых нет в биологическом мире. Как и в предыдущем исследовании на основе кремния, ученые начали с общего белка, называемого цитохромом с, но с вариантом, естественным образом встречающимся у бактерий, живущих в исландских горячих источниках. Они мутировали ДНК, которая кодирует белок, а затем поместили мутированные последовательности ДНК в тысячи бактериальных клеток, чтобы посмотреть, смогут ли получившиеся бактерии создать желаемые бор-углеродные связи. Затем ДНК удачных мутантных белков снова подвергалась мутациям, и цикл повторялся до тех пор, пока бактерии, производящие белки, не достигли высокого мастерства в сборке бор-углеродных соединений.
Исследователи создали шесть версий этих белков, каждая из которых имеет несколько разные способности к созданию различных молекул с бор-углеродными связями. Их окончательные бактериальные творения были в 400 раз более продуктивными, чем синтетические химические процессы, используемые для той же реакции.
Кан говорит, что исследователи могут использовать эту технику, чтобы легко генерировать еще больше белков с определенными функциями.
«ДНК белка похожа на программное обеспечение, которое исследователи могут использовать и переписывать, - говорит Кан. - В традиционной химии вам нужно повторно синтезировать весь химический катализатор, если вы хотите, чтобы он сделал что-то новое. Но мы можем это сделать. путем простого изменения ДНК, которая сообщает бактериям, что делать».
Бор, получаемый из минеральной буры, находится слева от углерода в периодической таблице. Это обычный ингредиент, который содержится в композитных материалах и удобрениях. Это также важное питательное вещество для растений, и недавние исследования марсохода НАСА Curiosity показали, что он присутствует на Марсе, что является признаком возможных обитаемых условий.
Говорит Кан: «Бор - один из незамеченных героев химии. Это не тот элемент, о котором мы слышим каждый день, но его вклад в химию огромен. Мы рады добавить этот элемент в набор инструментов синтетической биологии для в первый раз."