Первый шаг к "кремниевой" жизни?

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2017, №2)


pic_2017_02_18_2.jpg

Модифицированные белки-гемопротеины могут катализировать образование связи углерод-­кремний

Исследователи из США модифицировали ферменты, после чего смогли катализировать образование связей углерод­-кремний — процесса, абсолютно чуждого для биохимии земных организмов («Science», 2016, 354, 6315, 1048—1051, doi: 10.1126/science.aah6219). Когда-­нибудь подобные ферменты помогут исследователям создавать гибридные кремний-­углеродные формы жизни, которые пока существуют только в фантастических мирах.
Несмотря на то что кремний и углерод располагаются в одной группе Периодической системы и многие (хотя не все) их химические свойства похожи, науке ничего не известно об организмах, умеющих синтезировать вещества со связью C–Si. Группе исследователей, работающих под руководством специалиста в области направленной эволюции Френсис Арнольд из Калифорнийского технологического института, удалось заставить ферменты эволюционировать таким образом, что они стали способны ускорять образование кремнийорганических соединений. Причем более эффективно, чем это делают синтетические катализаторы. Полученные в лаборатории ферменты катализируют внедрение карбенов в связь кремний­-водород, при этом реакция протекает с практически идеальным стереохимическим результатом.
Исследователи научили новым трюкам гемопротеины, выделенные из организма аэробных термофильных бактерий Rhodothermus marinus. В клетке бактерии эти сложные белки способствуют переносу электронов, в хорошо всем известных окислительно-­восстановительных реакциях. Исследователи обнаружили, что если в среду, в которой находятся белковые комплексы, включающие в себя цитохром с, добавить подходящие источники углерода и кремния, то многие из этих ферментов начинают катализировать образование связи C–Si, правда, с низкой активностью и практически неселективно. Для увеличения производительности белков­катализаторов исследователи решили провести их направленную и ускоренную эволюцию в лабораторных условиях.
Направленная эволюция фермента значительно увеличила эффективность и селективность. Она заключалась в замене одних аминокислотных остатков другими вблизи активного центра фермента. Исследователи продемонстрировали, что модифицированный фермент могут синтезировать клетки кишечной палочки, а также что он катализирует образование связи C–Si in vivo. А значит, соединения, совершенно чуждые живой природе, можно получать с помощью биотехнологий, заставив микроорганизмы их синтезировать.
Специалист по биокаталитическим процессам Манфред Ритц (Германия) считает, что большинство изученных в последнее время природных и видоизмененных металлоферментов уступают по эффективности катализаторам на основе переходных металлов, а таких примеров, чтобы фермент превосходил металлокомплекс в нетипичных для этого фермента реакциях, практически нет. Поэтому каталитическая система, разработанная Арнольд, кажется вдвойне привлекательной — фермент, созданный путем направленной эволюции, не только научился выполнять нетипичную для него работу, но и делает это лучше, чем комплексы переходных металлов, обычно применяющиеся для получения связи C–Si.
Исследователи из группы Арнольд отмечают, что если возобновляемые и биоразлагаемые катализаторы-­ферменты заменят металлокомплексные катализаторы (которые используют сейчас), то они решат и ряд проблем, связанных с сохранением окружающей среды. Ферментативные реакции протекают в физиологических условиях — в воде, при температуре, близкой к комнатной и при нейтральных значениях рН. Но поскольку исходный белок, подвергшийся трансформации, взяли из бактерий, обитающих в горячих источниках Исландии, его измененная версия также отличается исключительной устойчивостью, сохраняя свою каталитическую активность даже после длительного кипячения в автоклаве. Уже сейчас с ее помощью можно синтезировать некоторые лекарственные препараты, в которых есть связь между кремнием и углеродом. А в перспективе, вполне возможно, найдется и ответ на вопрос, который до сих пор решались задать только фантасты: «Что произойдет, если заменить углерод живой ткани на кремний?»

123

Разные разности

20.11.2022 17:30:00

Исследователи из Университета Тренто в Италии проанализировали, как хранение в прозрачных бутылках влияет на концентрацию летучих веществ, из которых складывается аромат белого вина.

>>
14.11.2022 15:30:00

…порошок безопасного трехкомпонентного сплава Nd2Fe14B при внесении в горелку дает фонтан длинных искр, каждая из которых со временем становится ярче и порождает пучки новых искр…

…приматологи получили первые свидетельства длительных социальных отношений между шимпанзе и гориллами в дикой природе

…низкие концентрации хлорида цетилпиридиния, входящего в состав некоторых ополаскивателей для рта, уничтожают вирус SARS-CoV-2, разрушая его липидную мембрану


>>
10.11.2022 14:00:00

Можно ли что-то противопоставить засухе и защитить посевы? Неожиданное решение придумали ученые из Института физико-химических исследований в Японии. Они предлагают добавлять в почву этиловый спирт.

>>
08.11.2022 15:30:00

Менделеев считал, что углеводороды образуются в мантии Земли из неорганического углерода и водорода на сверхбольших глубинах. С начала ХХI века в разных лабораториях мира физики проводят эксперименты, подтверждающие эту идею.

>>
02.11.2022 12:00:00

Однажды на мероприятии в Белом доме директор компании Goya Foods хвалебно отозвался о президенте Дональде Трампе, после чего в соцсетях сразу появились призывы объявить этой фирме бойкот. Эту историю, которая описывается научным понятием «политический консьюмеризм», исследовали ученые из Школы прикладной экономики и менеджмента Корнеллского университета.

>>