Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vazbu Si-C známe třeba z polysiloxanů, to jsou však syntetické produkty. Ačkoliv křemík je všude kolem nás a chemicky se dost podobá uhlíku, živé organismy ho příliš nevyužívají.
Chemická podobnost křemíku s uhlíkem vedla dokonce k tomu, že seriózní vědci i autoři sci-fi (StarTrek) s oblibou spekulují o tom, že na jiných planetách by mohl existovat život na bázi křemíku. Faktem je, že analogická „organická“ chemie křemíku je, alespoň co víme, oproti té uhlíkové mnohem chudší. Živé organismy využívají křemík „anorganicky“ a i když jde o biogenní prvek, zvláštní význam nemá (lidské kosti a zuby, schránka rozsivek, uvádí se i žahavý povrch kopřiv…)
Teď nám však půjde o sloučeniny kombinované, tedy obsahující vazbu Si-C. Ty se v živé přírodě nevyskytují, vědci z Caltechu ale nyní dokázali přimět bakteriální enzym, aby tuto vazbu vytvářel. Produkt reakce s vestavěným křemíkem se nijak nezapojuje do dalšího metabolismu. Využitím techniky tedy (alespoň prozatím) nebude nějaký nový syntetický život, ale spíše nasazení bakterií jako bioreaktorů pro průmyslovou výrobu plastů a dalších látek. Organokřemičité sloučeniny se dnes používají v zemědělství, medicíně, pro výrobu nátěrů, polovodičů i displejů. Autorky výzkumu Jennifer Kanová a Frances Arnoldová z Caltechu v článku publikovaném v Science uvádějí, že výroba v bioreaktorech by mohla být mnohem levnější, eventuálně i šetrnější z hlediska ekologických dopadů.
Nový enzym byl připraven řízenou evolucí (selekcí), tedy vyvoláním cca náhodných mutací v původně kódující DNA a testováním nově kódovaných proteinů-enzymů z hlediska jejich funkčnosti. S těmi nejnadějnějšími se pak proces zopakoval – a tak dále. V tomhle případě byl ovšem postup komplikován tím, že se nevylepšovala nějaká už předem existující funkce, ale bylo třeba enzym postupně přimět k tomu, aby dělal něco úplně nového. Selekce byla proto velmi závislá na fantazii. Také bylo třeba rozhodnout, z kterého enzymu na počátku vůbec vyjít, autory výzkumu si vybrali cytochrom c z bakterií obývajících horké prameny na Islandu.
Tento enzym původně funguje jako přenašeč elektronů. Jeho část obsahující železo však po několika krocích rovněž dokázala katalyzovat vznik vazby Si-C. Už po 3 kolech selekce vznikl modifikovaný enzym, který je oproti anorganickým katalyzátorům mnohem účinnější a příslušná reakce navíc vytváří pouze minimum vedlejších produktů. Na rozdíl od stávajících průmyslových postupů, kde se jako katalyzátory často používají drahé kovy a prostředím jsou organická, mnohdy toxická rozpouštědla, probíhá enzymem katalyzovaná syntéza ve vodě a (pochopitelně) za běžné teploty.
Zdroj: Phys.org
Poznámky:
Pouhá 3 kola? Viz jak to před pár lety bylo se „senzační“ bakterií využívající místo fosforu v DNA arzen, i když se zřejmě nevyskytovala v přírodě, ale vznikla až selekcí v laboratoři. Nemohou někde být (nebo vzniknout) bakterie, které by molekuly s křemíkem dokázaly nejen vytvářet, ale i využívat?
Jak vůbec autorky napadlo, že se začne zrovna s příslušným enzymem? Enzymů katalyzujících oxidačně-redukční reakce je, přitom vznik vazby Si-C by člověk neřadil zrovna do této kategorie… Nebo se ve skutečnosti zkoušelo upravovat více enzymů, ale v jiných případech to nikam nevedlo? Co vůbec provádí enzym v mezistupni, když ještě nevytváří vazbu Si-C, jaký je zde „mezičlánek“?
