Lần đầu tiên vi khuẩn được dạy để liên kết carbon và silicon | H-care.vn

Protein giải quyết vấn đề. Bằng cách hướng dẫn quá trình tiến hóa, các nhà khoa học đã tạo ra một loại protein có thể liên kết carbon với silicon. Sự đổi mới này có thể thay đổi cách chúng ta tạo ra nhiều loại sản phẩm, từ dược phẩm đến đèn LED, chất bán dẫn và màn hình máy tính.

Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ trái đất, nhưng nó không liên kết với carbon một cách tự nhiên. Điều đó có nghĩa là các nhà sản xuất phải sử dụng các phương pháp nhân tạo để tạo ra các hợp chất kết hợp cả hai, được gọi là organosilicons và được tìm thấy trong các vật liệu bao gồm chất kết dính và lớp phủ silicon.

Frances Arnold thuộc Viện Công nghệ California ở Pasadena cho biết sẽ bền vững hơn và có lẽ rẻ hơn nếu tạo ra các liên kết tương tự với sinh học. Nhưng cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể tìm thấy hoặc tạo ra phản ứng như vậy trong tự nhiên.

Cô ấy và các đồng nghiệp của mình hiện đã tìm ra một loại protein thực hiện công việc này. Nhóm đã tạo ra nó bằng cách sử dụng một quy trình chọn lọc nhân tạo được gọi là tiến hóa có định hướng và nó đánh bại tất cả các phương pháp hiện có khác để kết hợp hai yếu tố lại với nhau.

“Đó là một minh chứng tuyệt vời về việc tự nhiên có thể thích ứng nhanh như thế nào để giải quyết vấn đề,” Arnold nói. “Tất cả sự đa dạng này trong thế giới tự nhiên sẵn sàng tạo ra một chất hóa học hoàn toàn mới nếu nó cung cấp những ngóc ngách mới này, nếu bạn muốn.”

Cuộc sống, nhưng không như chúng ta biết

Arnold và nhóm của ông bắt đầu với một loại protein được tìm thấy trong trình tự bộ gen của rhodothermus marinus, một loại vi khuẩn ban đầu được phát hiện trong suối nước nóng ở Iceland. Được gọi là enzyme cytochrom c, nó thường vận chuyển các electron xung quanh tế bào. Nhưng các thử nghiệm ban đầu trong phòng thí nghiệm cho thấy rằng với một chút hướng dẫn, nó có thể tạo ra các loại liên kết mà các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm.

Họ tổng hợp protein trong E coli và sửa đổi nó bằng cách đột biến ngẫu nhiên mã hóa DNA của nó. Mỗi lần, họ chọn ra những ứng viên triển vọng nhất và đột biến chúng một lần nữa. Sau ba vòng đột biến, protein này có thể liên kết silicon với carbon hiệu quả hơn 15 lần so với bất kỳ chất xúc tác tổng hợp nào. Nó cũng đáng tin cậy hơn nhiều và tạo ra ít sản phẩm phụ không mong muốn hơn, và bởi vì nó đã quen với môi trường địa nhiệt khắc nghiệt nên nó có khả năng phục hồi. Arnold nói: “Bạn có thể đun sôi loại protein này và nó vẫn hoạt động.

Annaliese Franz của Đại học California, Davis cho biết: “Đây là điều mà mọi người nói đến, mơ ước, thắc mắc. Cô hình dung rằng quy trình này có thể đặc biệt hữu ích cho việc khám phá thuốc, vì organosilicone được sử dụng trong một số loại dược phẩm. “Bất kỳ nhà hóa học dược phẩm nào cũng có thể đọc điều này vào thứ Năm và quyết định vào thứ Sáu rằng họ muốn coi điều này như một khối xây dựng mà họ có thể sử dụng.”

Nghiên cứu cũng có thể giúp chúng tôi trả lời các câu hỏi về các dạng sống dựa trên silicon sẽ trông như thế nào, Arnold nói, ở đây hoặc trên một hành tinh khác. “Người ta có thể bắt đầu mơ về điều gì sẽ xảy ra khi bạn thêm silicon vào cuộc sống.”