Учёные создают живые организмы на основе кремния

Углерод — основной элемент жизни на Земле. Все организмы создают свои клетки на основе углеродных молекул. Но некоторые учёные, а за ними и писатели-фантасты уже давно предполагали, что из-за того, что атомы кремния связываются с другими атомами так же, как и атомы углерода, кремний может стать основой альтернативной биохимии жизни.

Тем не менее, несмотря на то, что кремний широко распространён на Земле и составляет 28% коры планеты (для сравнения, углерода в ней – всего 0,03%), данный элемент почти полностью отсутствует в химии жизни.

Но недавно появилась надежда, что всё изменится: исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего сообщили, что им впервые удалось заставить эволюционировать бактерии таким образом, чтобы их ферменты начали эффективно встраивать кремний в простые углеводороды, первооснову жизни.

Для того чтобы помочь живым организмам принять в свой состав кремний, химик Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold) из Калифорнийского технологического института в Пасадене и её коллеги изолировали термофильные бактерии, которые процветают в горячих источниках. Как и многие другие организмы, такие бактерии содержат ферменты цитохромы, роль которых заключается в транспортировке электронов между белками.

В некоторых случаях, однако, ферменты термофильных бактерий расширяют свои функции и начинают отвечать за другие реакции. После испытаний на бактериях учёные обнаружили, что в редких случаях цитохромы также могут отвечать за добавление кремния в простые углеводородные цепи.

В природе, как подметила Арнольд, способность кремния по добавлению цитохрома настолько слаба, что всё это может быть побочным продуктом функции фермента. Чтобы усилить эффект, команда учёных окружила бактерии кремнием и соединениями углерода. Затем учёными были отобраны организмы, которые произвели наибольшее количество углеводородов, содержащих кремний. Только после трёх этапов этого искусственного отбора ферменты "эволюционировали", и бактерии стали в большом количестве производить кремнийсодержащие углеводороды (в 2000 раз больше природных собратьев).

"Сила эволюции действительно проявляется с возникновением новых функций, а затем происходит адаптация с помощью направленной эволюции", – резюмирует Арнольд.

Пока это лишь промежуточный результат, о котором было объявлено на одном из заседаний Американского химического общества.

В настоящее время кремниево-углеводородные соединения, называемые органосиланами, не могут принести какую-либо пользу промышленности. Они короткие, в отличие от тех длинных силиконов, которые химические компании используют для изготовления клеев, уплотнителей и герметиков.

В дальнейшем же планируется, что организмы, способные включать кремний в свои клетки, станут первым шагом на пути создания "кремниевых" существ – похожих на Хорту из сериала "Звёздный путь". Однако это вряд ли случится скоро – необходима ещё масса исследований и испытаний.

Тем не менее эксперты считают, что данные разработки открывают новые перспективы для органической химии.