تشکیل زنجیره های کربن-سیلیکون در سلول های زنده برای اولین بار

به گزارش کلیک ، شیمیدانان به زنجیره های کربن- سیلیکون دست یافته بودند. قبل از آنکه آن ها در هرچیزی، از رنگ ها و نیمه رسانا ها گرفته تا کامپیوتر و نمایشگر تلویزیون یافت شوند- تا آن زمان هرگز در طبیعت یافت نشده بودند و این سلول های جدید می توانند به ما کمک کنند تا درباره امکان زندگی بر اساس سیلیکون درهر جای جهان بیشتر بدانیم.

بعد از اکسیژن، سیلیکون دومین عنصر فراوان در پوسته زمین است و هنوز کاری با زندگی بیولوژیکی ندارد.

اینکه چرا سیلیکون هرگز با هیچ نوع زیست شیمی روی زمین ترکیب نمی شود معمای همیشگی دانشمندان بوده است، زیرا از لحاظ تئوری شکل زندگی هایی که براساس سیلیکون بر روی سیاره ما تکامل می یابد به سادگی آنهایی است که بر اساس کربن شکل می گیرند و ما این را می دانیم و دوست داریم.

نه تنها کربن و سیلیکون هر دو در پوسته زمین فراوان هستند- آن ها همچنین از لحاظ ساختار شیمیایی بسیار مشابه یکدیگر می باشند.

یکی از مهمترین خصوصیت هایی که کربن و سیلیکون دارا می باشند، توانایی آنها در شکل گیری زنجیره هایی با چهار اتم در یک زمان می باشد. این بدان معناست که آن ها توانایی متصل شدن به یکدیگر برای ایجاد زنجیره های بلند مولکول ها را دارند و این زنجیره ها- پروتئین و DNA- اساس شکل گیری زندگی هستند.

و هنوز تا آنجایی که ما می دانیم شکل گیری زندگی براساس سیلیکون خارج از جهان Star Trek وجود ندارد.

هیچ ارگانیسم زنده ای وجود ندارد که زنجیره های سیلیکون-کربن را با هم داشته باشد، گرچه سیلیکون اطراف ما در صخره ها و اطراف سواحل بسیار فراوان است.

برای مشخص شدن این موضوع، یک تیم پژوهشی نقش بزرگی را در تهیه سلول های زنده برای دستیابی به زنجیره های کربن-سیلیکون ایفا کرده اند- این چیزی نبود که سلول بتواند به آسانی خودش انجام دهد.

اما آزمایش ها اثبات کرده اند که مادامی که شما شرایط درستی برای شکل گیری آن ها داشته باشید، این زنجیره ها می توانند در طبیعت شکل بگیرند.

محققان کار خود را با ایزوله کردن پروتئین شروع کردند که به طور طبیعی در باکتری Rhodothermus marinus اتفاق می افتد که این باکتری در چشمه های گرم ایسلند رشد می کند.

آن ها این پروتئین را آنزیم سیتوکروم c نامیدند، زیرا نقش اصلی آن ها انتقال الکترون ها به واسطه سلول ها است، آزمون های آزمایشگاهی معلوم کردند که این آنزیم می تواند به انواع اتصالات کمک کند تا اتم های سیلیکون را به کربن متصل کنند.

بعد از ایزوله کردن پروتئین، آن ها ژن را درون تعدادی باکتری های E. coli قرار دادند تا بتوانند به تولید زنجیره های کربن-سیلیکون درون سلول های زنده کمک کنند.

اولین تکرار فرایند باکتری مهندسی شده با سیلیکون چندان سرانجامی نداشت، اما تیم به تغییر ژن پروتئین درون ناحیه خاصی از ژنوم E. coli ادامه داد تا اینکه نتیجه ای مطلوب اتفاق افتاد.

بعد از سه نوبت جهش، پروتئین توانست سیلیکون را به کربن متصل کند و این اتصال ۱۵ برابر موثرتر از هر کاتالیزور مصنوعی دیگر عمل می کرد.

این واقعیت که این باکتری مهندسی شده می تواند اتصالات کربن-سیلیکون را کارآمدتر از شیمی دانان در آزمایشگاه تولید کند به دو دلیل شگفت انگیز است. اول اینکه این روش راه بهتری را برای تولید اتصالات کربن-سیلیکون که ما برای درست کردن چیزهایی مانند مواد دارویی، کشاورزی شیمیایی و سوخت ها به آن ها نیازمندیم، پیشنهاد می دهد.

دوم آنکه، این بدان معناست که حداقل قسمتی از شکل زندگی به طور بالقوه می تواند براساس سیلیکون باشد و اگر محققان به رشد اینگونه باکتری ها ادامه دهند ما می توانیم درک بهتری از دنیای اطراف خود داشته باشیم.

این مطالعه نشان می دهد که با چه سرعتی طبیعت می تواند با این چالش وفق یابد.

DNA رمزی شده در ماشین کاتالیزوری سلول می تواند به سرعت یاد بگیرد که واکنش های شیمیایی جدید را در زمانی که ما معرف های جدید و مناسب به شکل مصنوعی فراهم می کنیم، ترویج دهد. طبیعت می تواند این را خودش انجام دهد در صورتی که مراقبت شود.