En otra hazaña de bioingeniería, Frances Arnold de Caltech, el profesor Linus Pauling de Ingeniería Química, Bioingeniería y Bioquímica, y su equipo han creado bacterias que pueden, por primera vez, hacen compuestos químicos que contienen enlaces entre el boro y el carbono. Antes de ahora, tales enlaces boro-carbono provienen únicamente de los laboratorios de los químicos y no pueden ser producidos por ninguna forma de vida conocida.

El hallazgo es parte de una nueva ola en biología sintética, en el que se enseña a los organismos vivos a fabricar compuestos químicos necesarios para los productos farmacéuticos, químicos agriculturales, y otros productos industriales. El año pasado, El equipo de Arnold también diseñó bacterias para producir moléculas con enlaces silicio-carbono, llamados compuestos organosilícicos, que se puede encontrar en todo, desde productos farmacéuticos hasta semiconductores.

Al usar biología en lugar de procesos sintéticos, los investigadores pueden potencialmente producir los compuestos químicos de formas "más ecológicas" que son más económicas y producen menos desechos tóxicos, según Arnold.

Los resultados se publican en la edición en línea del 29 de noviembre de la revista. Naturaleza . Los autores principales del informe son Jennifer Kan y Xiongyi Huang, académicos postdoctorales en el laboratorio de Arnold.

"Le hemos dado a la vida un componente completamente nuevo que no tenía antes, "dice Arnold, quien también es el director del Centro de Bioingeniería Donna y Benjamin M. Rosen. "Esto es solo el comienzo. Hemos abierto un nuevo espacio para que la biología explore, un espacio que incluye productos útiles inventados por el ser humano ".

"La naturaleza ha creado una hermosa maquinaria de la que podemos beneficiarnos, ", dice Huang." Estamos reutilizando los mejores inventos de la naturaleza ".

Para convencer a las bacterias de que produzcan compuestos que contienen boro, los científicos utilizaron un método iniciado por Arnold a principios de la década de 1990 llamado evolución dirigida, en el que las enzimas se desarrollan en un laboratorio para realizar las funciones deseadas, como la creación de enlaces químicos que no se encuentran en el mundo biológico. Como se hizo en la investigación anterior basada en silicio, los científicos comenzaron con una proteína común llamada citocromo c, pero con una variante que se encuentra naturalmente en las bacterias que viven en las aguas termales de Islandia. Mutaron el ADN que codifica la proteína y luego colocaron las secuencias de ADN mutadas en miles de células bacterianas para ver si las bacterias resultantes podían crear los enlaces boro-carbono deseados. Luego, el ADN de las proteínas mutantes exitosas se mutó nuevamente, y el ciclo se repitió hasta que las bacterias que producían las proteínas fueron muy competentes en el ensamblaje de los compuestos de boro-carbono.

Los investigadores fabricaron seis versiones de estas proteínas, cada uno con inclinaciones ligeramente diferentes para formar varias moléculas con enlaces boro-carbono. Sus creaciones bacterianas finales fueron hasta 400 veces más productivas que los procesos químicos sintéticos utilizados para la misma reacción.

Kan dice que los investigadores pueden usar esta técnica para generar fácilmente aún más proteínas con funciones específicas.

"El ADN de la proteína es como un software que los investigadores pueden ingresar y reescribir, "dice Kan." En la química tradicional, tienes que resintetizar un catalizador químico completo si quieres que haga algo nuevo. Pero podemos hacer esto simplemente alterando el ADN que le dice a las bacterias qué hacer ".

Boro, que proviene del mineral bórax, se encuentra justo a la izquierda del carbono en la tabla periódica. Es un ingrediente común que se encuentra en materiales compuestos y fertilizantes. También es un nutriente esencial de las plantas, e investigaciones recientes del rover Curiosity de la NASA mostraron que está presente en Marte, una señal de posibles condiciones habitables.

Dice Kan, "El boro es uno de los héroes anónimos de la química. No es un elemento del que oímos hablar todos los días, pero su contribución a la química es tremenda. Estamos entusiasmados de agregar este elemento a la caja de herramientas de biología sintética por primera vez ".

los Naturaleza El estudio se titula "Síntesis de organoborano quiral genéticamente programada".