在生物工程的另一項(xiàng)壯舉中，加州理工學(xué)院的Frances Arnold，化學(xué)工程，生物工程和生物化學(xué)的Linus Pauling教授和她的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了細(xì)菌，這種細(xì)菌首次可以制造含有硼和碳之間鍵的化合物。在此之前，這種硼碳鍵僅來自化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室，并且不能通過任何已知的生命形式生產(chǎn)。

這一發(fā)現(xiàn)是合成生物學(xué)新浪潮的一部分，其中教導(dǎo)生物體制造藥物，農(nóng)業(yè)化學(xué)品和其他工業(yè)產(chǎn)品所需的化學(xué)化合物。去年，Arnold的團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了細(xì)菌來生產(chǎn)具有硅 - 碳鍵的分子，稱為有機(jī)硅化合物，可以在從藥品到半導(dǎo)體的各種物質(zhì)中找到。

Arnold表示，通過使用生物學(xué)代替合成工藝，研究人員可以以更“綠色”的方式制造化學(xué)化合物，這種化合物更經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)生的有毒廢物更少。

結(jié)果發(fā)表在11月29日的Nature雜志在線版上。該報(bào)告的主要作者是Arnold實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者Jennifer Kan和Xiongyi Huang。

“我們給生活帶來了前所未有的全新構(gòu)建模塊，”阿諾德說道，他也是Donna和Benjamin M. Rosen生物工程中心的負(fù)責(zé)人。“這只是一個(gè)開始。我們?yōu)樯飳W(xué)探索開辟了一個(gè)新的空間，這個(gè)空間包括人類發(fā)明的有用產(chǎn)品。”

“大自然創(chuàng)造了我們可以從中受益的美麗機(jī)器，”黃說。“我們正在重新利用自然界最好的發(fā)明。”

為了誘導(dǎo)細(xì)菌制造含硼化合物，科學(xué)家們使用了阿諾德在20世紀(jì)90年代初開創(chuàng)的一種稱為定向進(jìn)化的方法，其中酶在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)化以執(zhí)行所需的功能 - 例如產(chǎn)生不是化學(xué)鍵在生物界發(fā)現(xiàn)。正如之前基于硅的研究所做的那樣，科學(xué)家們開始研究一種叫做細(xì)胞色素c的常見蛋白質(zhì) - 但是在冰島溫泉中存在的細(xì)菌中天然存在一種變異。他們突變了編碼蛋白質(zhì)的DNA，然后將突變的DNA序列放入數(shù)千個(gè)細(xì)菌細(xì)胞中，看看所產(chǎn)生的細(xì)菌是否能產(chǎn)生所需的硼 - 碳鍵。然后成功突變蛋白的DNA再次突變，

研究人員制作了這些蛋白質(zhì)的六種版本，每種蛋白質(zhì)都具有略微不同的傾向，用于制造具有硼 - 碳鍵的各種分子。它們的最終細(xì)菌產(chǎn)量比用于相同反應(yīng)的合成化學(xué)過程高出400倍。

Kan表示，研究人員可以使用這種技術(shù)輕松生成更多具有特定功能的蛋白質(zhì)。

“蛋白質(zhì)DNA就像研究人員可以進(jìn)入并重寫的軟件一樣，”Kan說，“在傳統(tǒng)化學(xué)中，如果你想要它做一些新的東西，你必須重新合成一個(gè)完整的化學(xué)催化劑。但我們可以通過改變DNA來做到這一點(diǎn)。告訴細(xì)菌要做什么。“

硼來自礦物硼砂，位于元素周期表中碳的左側(cè)。它是復(fù)合材料和肥料中常見的成分。它也是植物的必需營養(yǎng)素，美國宇航局的好奇號探測器最近的研究表明它存在于火星上，這是可能適宜居住條件的標(biāo)志。

Kan表示，“Boron是化學(xué)界無名英雄之一。它不是我們每天都聽到的元素，但它對化學(xué)的貢獻(xiàn)是巨大的。我們很高興第一次將這一元素添加到合成生物學(xué)工具箱中。”