آموزش باکتری‌های مهندسی‌شده برای پیوند بور و کربن

محققان موسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک) یک آنزیم مهندسی‌شده ابداع کرده‌اند که اجازه می‌دهد تا باکتری‌ها ترکیبات حاوی بور-کربن را ایجاد کنند که طبیعت تا کنون قادر به انجام آن نبوده است.

کد خبر: ۳۸۰۵۸۲

تاریخ: ۰۹ آذر ۱۳۹۶ - ۱۸:۲۰

به گزارش ایسنا و به نقل از گیزمگ، باکتری‌ها حکم اسب‌های باری و زحمت‌کش طبیعت را دارند، اما عملکرد آنها محدودیت‌هایی دارد.

در حال حاضر، یک تیم تحقیقاتی از کلتک، باکتری‌هایی را تولید می‌کنند که می‌تواند پیوندهای بور-کربن ایجاد کند؛ پیوندی که ایجاد آن تا کنون فقط در آزمایشگاه امکان‌پذیر بود.

این توانایی جدید طیف وسیعی از ترکیبات شیمیایی را که می‌توان با باکتری‌ها ایجاد کرد، فراهم می‌کند و راه را برای تولید داروها و سایر مواد شیمیایی به شکل آسان‌تر و با سازگاری بیشتر با محیط زیست هموار می‌کند.

محققان کار خود را از سال گذشته آغاز کرده بودند، جایی که آنها باکتری‌هایی را مهندسی کردند که توانستند ترکیبات سیلیکون-کربن تولید کنند؛ پیوند دیگری که یافت آن به طور معمول در طبیعت غیرممکن است.

آنها از پروسه‌ای به نام تکامل هدایت شده استفاده می‌کردند که در آن آنزیم‌ها به دقت برای خدمت به یک عمل خاص، در این مورد ایجاد پیوند بور-کربن، تکامل یافتند.

"ژیونگی هوانگ"، سرپرست این مطالعه می‌گوید: طبیعت تشکیلات زیبا را تولید می‌کند که از آن بهره‌مند می‌شویم. ما بهترین ابداعات طبیعت را به طرز متفاوتی ارائه می‌کنیم.

محققان بر روی سیتوکروم c تمرکز کردند که یک پروتئین رایج است؛ اما در این مورد دارای یک گوناگونی ژن خاص بود.

سیتوکروم c یک هم‌پروتئین کوچک است که در غشای داخلی میتوکندری یافت می‌شود و به خانواده سیتوکروم c تعلق دارد.

این پروتئین، برخلاف سایر سیتوکروم‌ها، به شدت در آب محلول است و یکی از اجزای کلیدی زنجیره انتقال الکترون محسوب می‌شود که وظیفه‌اش حمل یک الکترون از کمپلکس شماره 3 به کمپلکس شماره 4 است. این پروتئین قابلیت اکسیداسیون و احیا را دارد؛ اما به اکسیژن اتصال نمی‌یابد.

در انسان، این پروتئین توسط ژن"CYCS" کد می‌شود.

ابتدا آنها ژنی را که این پروتئین را رمزگذاری می‌کنند، تغییر دادند و سپس DNA را به سلول‌های باکتریایی منتقل کردند.

هنگامی که باکتری‌ها موفق به ایجاد پیوندهای بور-کربن شدند، DNA آنها برای بهبود این توانایی توسط محققان اصلاح شد و بهبود یافت.

محققان این فرایند را چندین بار تکرار کردند، 6 نسخه مختلف از پروتئین‌ها ساختند و آزمایش آنها را در محیط‌های کشت باکتری مختلف انجام دادند.

با گذشت زمان، آنها توانستند تولیدات خود را تا زمانی که دارای باکتری‌هایی بودند که تا 400 برابر در تولید ترکیبات حاوی بور-کربن نسبت به تکنیک‌های مصنوعی که معمولا مورد استفاده قرار می‌گرفت، تولید کننده‌تر بودند، مدیریت کردند.

محققان می‌گویند که این تکنیک بسیار قابل انعطاف است و به آنها اجازه می‌دهد تا در صورت نیاز در آینده تغییرات مختلفی اعمال کنند.

"جنیفر کان"، یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: DNA پروتئین مانند نرم‌افزاری است که محققان می‌توانند وارد آن شده و آن را بازنویسی کنند. در شیمی سنتی، اگر بخواهید کاری جدید انجام دهید، باید یک کاتالیزور شیمیایی را کاملا از نو ایجاد کنید. اما ما می‌توانیم این کار را با تغییر DNA انجام دهیم که به باکتری‌ها می‌گوید چه بسازند.

تیم تحقیقاتی می‌گوید: ترکیبات حاوی بور-کربن برای تهیه دارو و سایر محصولات و کمک گرفتن از باکتری‌ها برای این که برای ما سازندگی کنند، استفاده می‌شوند. همچنین این فرآیند می‌تواند با هزینه کمتر و آسیب کمتری به محیط زیست انجام شود.

"فرانسیس آرنولد"، پژوهشگر برجسته این پروژه می‌گوید: ما به زندگی یک چیز کاملا جدید دادیم که پیش از این در گذشته به خود ندیده بود. این فقط آغاز کار است. ما فضای جدیدی برای زیست‌شناسی کشف کرده‌ایم؛ فضایی شامل محصولات مفید اختراع شده به دست انسان.

این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.