คาร์บอนและซิลิกอนไม่ได้เล่นได้ดีในธรรมชาติ — พวกมันเชื่อมโยงกันเฉพาะในผลิตภัณฑ์ที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น สีและยา แต่หลังจากการเพาะพันธุ์แบบคัดเลือกเพียงสามชั่วอายุคนเอนไซม์ก็สามารถนำอะตอมทั้งสองมารวมกันได้ นักวิทยาศาสตร์รายงานวันที่ 25 พฤศจิกายนในวารสารScience นี่เป็นครั้งแรกที่เครื่องมือทางชีววิทยาได้เชื่อมคาร์บอนกับซิลิกอน บางทีอาจเป็นการเปิดทางให้สิ่งมีชีวิตสร้างโปรตีนและโมเลกุลอื่นๆ ที่มีซิลิกอน
“สิ่งที่ทำให้ฉันตื่นเต้นคือการแสดงให้เห็นว่าระบบชีวภาพสามารถสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ
ได้เร็วเพียงใด” ผู้ร่วมวิจัยด้านการศึกษา Frances Arnold วิศวกรเคมีของ Caltech กล่าว “พวกเขาสามารถสร้างเคมีใหม่ ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาใหม่จากที่มีอยู่แล้ว”
เอ็นไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ พวกมันกระตุ้นปฏิกิริยาทางเคมีที่สำคัญที่เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต เมื่อนักวิจัยของ Caltech ทดสอบเอนไซม์ที่อยู่ในตู้เย็นในห้องแล็บ พวกเขาพบว่าเอนไซม์บางตัวที่มักจะทำหน้าที่อื่นๆ อาจสร้างพันธะคาร์บอน-ซิลิกอนได้เช่นกัน วิศวกรเคมี Jennifer Kan แห่ง Caltech กล่าวว่าเอนไซม์เหล่านี้ “แย่มาก” “แต่ศักยภาพอยู่ที่นั่น”
คนจับคู่
นักวิจัยได้ปรับปรุงความสามารถของเอนไซม์ cytochrome c ในการจับคาร์บอนและซิลิกอนโดยการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโนในบริเวณหนึ่ง (สีชมพู) จุดสีแดงตรงกลางคืออะตอมเหล็ก
เอนไซม์ไซโตโครมซี
ห้องปฏิบัติการ FRANCES ARNOLD / CALTECH
ตัวอย่างเช่น โดยปกติแล้ว เอนไซม์ cytochrome c จะสับเปลี่ยนอิเล็กตรอนไปรอบๆ เพื่อช่วยให้เซลล์สร้างพลังงาน นักวิจัยพบว่า cytochrome c จาก แบคทีเรีย Rhodothermus marinus ที่อาศัยอยู่ในน้ำพุร้อน ยังมีความสามารถที่ซ่อนอยู่ในการปลอมพันธะคาร์บอน – ซิลิกอน เพื่อปรับปรุงศักยภาพดังกล่าว Kan และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ทำการกลายพันธุ์ DNA ของ R. marinusและคัดเลือกแบคทีเรียที่สร้างไซโตโครมที่เร่งปฏิกิริยาได้มากที่สุด แบคทีเรียเหล่านั้นกลายพันธุ์อีกครั้ง หลังจากการกลายพันธุ์สามรอบ ทีมก็เหลือผู้เข้ารอบสุดท้ายที่สามารถเริ่มต้นการก่อตัวของพันธะคาร์บอน-ซิลิกอนได้ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์ชั้นนำที่ใช้สำหรับปฏิกิริยาในปัจจุบันมากกว่า 15 เท่า
พันธะคาร์บอน-ซิลิกอนพบได้ในผลิตภัณฑ์หลายร้อยชนิด ตั้งแต่สีและสารเคลือบหลุมร่องฟัน ไปจนถึงยาและรากฟันเทียมทางการแพทย์ ดังนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้เอนไซม์ในสักวันหนึ่งอาจเสนอทางเลือกที่ยั่งยืนกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะราคาแพงซึ่งขณะนี้ใช้เพื่อสร้างสารประกอบเหล่านี้
“คุณสามารถต้มลูกสุนัขตัวนี้ได้ มันเสถียรมากเพราะมันมาจากสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในบ่อน้ำพุร้อนเหล่านี้” อาร์โนลด์กล่าว
เอนไซม์อาจต้องการการปรับแต่งเพิ่มเติมเล็กน้อยก่อนที่จะนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา John Hartwig นักเคมีอินทรีย์จาก University of California, Berkeley ผู้ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าวว่า “ฉันจะบอกว่าข้อแม้คือพันธะคาร์บอน-ซิลิกอนโดยเฉพาะ สารประกอบที่มีซิลิกอนเฉพาะที่ทำโดยเอนไซม์ไม่ใช่สารประกอบที่ผลิตขึ้นโดยบริษัทเคมีภัณฑ์อย่างแพร่หลาย แม้ว่าสารประกอบเหล่านี้อาจเป็นขั้นตอนกลางในปฏิกิริยาอื่นๆ
ในทำนองเดียวกัน มนุษย์ไม่ได้อยู่บนเส้นทางที่จะกลายเป็นไซบอร์กที่ใช้ซิลิกอนในเร็วๆ นี้ แต่การศึกษานี้เปิดทางให้สิ่งมีชีวิตธรรมดาๆ เช่น แบคทีเรีย ใช้ซิลิกอนเป็นตัวสร้าง ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของพวกมันในแบบที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยศึกษามาก่อน “เราสามารถนึกถึงผลกระทบของการมีซิลิกอนที่นั่น” อาร์โนลด์กล่าว “เมื่อก่อนคงทำยาก”
credit : hakkenya.org holyprotectionpreschool.org hornyhardcore.net howtobecomeabountyhunter.net inghinyero.com johnnybeam.com karenmartinezforassembly.org kenyanetwork.org kilelefoundationkenya.org kiyatyunisaptoko.com
