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碳和硅通過細菌首次結合

發布時間:2020-09-09 09:26:35

以硅為基礎的生命將是什么樣子?一種新的蛋白質或許能幫助人們找到答案。圖片來源:Jasper Juinen/Bloomberg via Getty

蛋白質解決了問題。通過引導進化過程,科學家創建了一種可將碳和硅結合起來的蛋白。此項創新能改變人類制造從藥物到LED燈、半導體以及計算機屏幕的很多產品的方式。相關成果日前發表于《科學》雜志。

雖然硅是地球地殼中含量第二多的元素,但它無法同碳天然地結合在一起。這意味著生產商必須借助人工方法制造將兩者結合起來的化合物。此類化合物被稱為有機硅,出現在包括粘合劑和硅酮涂層在內的很多材料中。

來自美國加州理工學院的Frances Arnold介紹說,利用生物學原理創建相同的結合物將更加可靠,并且可能成本更低。不過,時至今日,科學家尚無法找到或產生此類反應。

如今,Arnold及其同事公布了一種執行此項任務的蛋白質。該團隊通過利用一個被稱為定向進化的人工選擇過程,創建了這種蛋白質。其超越了所有將兩種元素結合起來的其他現有方法。

Arnold團隊從一種在海洋紅嗜熱鹽菌基因組序列中發現的蛋白質著手。海洋紅嗜熱鹽菌是一種最初在冰島溫泉中發現的細菌。這種被稱為細胞色素c酶的蛋白質通常將電子運輸到細胞附近。不過,早期實驗室測試表明,只要稍加定向,它或許便能創建研究人員一直在尋找的結合物。

他們在大腸桿菌中合成了這種蛋白,并且通過讓它的DNA編碼隨機發生突變,對其進行了修正。每一次,研究人員會選擇最有希望的候選化合物,然后再次使其發生突變。經過3輪突變后,該蛋白質將硅和碳結合起來的效率比任何合成催化劑都要高15倍。同時,它更加可靠,并且產生更少的不想要的副產品。

來自加州大學戴維斯分校的Annaliese Franz認為,該過程對于藥物發現尤其有用,因為有機硅被用在一些藥物中。Arnold則表示,此項研究可能還有助于回答在地球或另一個星球上以硅為基礎的生命形態將是什么樣子的問題?!澳憧梢蚤_始想象,當把硅加入到生命形態中時將會發生什么?!?/p>


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