Nieuws

Bacterie leert siliciumchemie

Als je de evolutie een beetje helpt, brengt ze vanzelf siliciumhoudende koolwaterstoffen voort. Het bewijs staat deze week in Science, met dank aan Frances Arnold en collega’s van het California Institute of Technology die begin dit jaar al lieten weten dat ze er aan werkten.

Tot nu toe is nog nooit een Aarde levensvorm gevonden die biochemie bedrijft met silicium, ook al bestaat bijna 30 % van de aardkorst uit dit sterk op koolstof lijkende element en heeft de synthetische chemie er geen enkele moeite mee om beide elementen te combineren tot siliconenrubber. Arnolds publicatie doet nu vermoeden dat het leven gewoon de moeite nooit heeft genomen omdat het makkelijker was het bij koolstof te houden.

Om die omissie te corrigeren maakte ze gebruik van directed evolution. Natuurlijke enzymen kunnen soms ook per ongeluk reacties katalyseren waar ze eigenlijk niet voor zijn bedoeld, zij het meestal met een heel beperkte efficiëntie. Als je min of meer willekeurig sleutelt aan de genetische code van zo’n enzym, rolt er meestal wel een variant uit die beter is in het uitvoeren van die nevenreactie. Die verbouw je verder, net zolang tot die nevenreactie zijn specialisme is geworden.

In dit geval gokte Arnold op heemeiwitten, met een ijzerhoudende heemverbinding die werkt als elektronenreservoir. Bekend was al dat sommige heemeiwitten via zogeheten carbeeninsertie een koolstofkern kunnen invoegen tussen een N en een H of een S en een H. Dus waarom ook niet tussen een Si en een H?

Proefjes met fenyldimethylsilaan en ethyl-2-diazopropanoaat lieten zien dat losse heemgroepen dit zelfs kunnen zonder dat er een eiwit omheen zit. Mét eiwit er omheen wordt de reactie enantioselectief: van twee mogelijke spiegelbeelden krijg je er maar een omdat de andere niet in het eiwit past.

Arnold heeft verschillende heemeiwitten geprobeerd. Cytochroom c uit Rhodothermus marinus, een thermohalofiele bacterie uit een IJslandse heetwaterbron, werkte nog het beste, dus daarmee is ze verder gaan knutselen. Ze wijzigde het desbetreffende gen op een aantal verschillende manieren, bouwde die varianten in in E.coli en keek welke stam daarna de meeste moleculen met C-Si bindingen ging uitscheiden. Met die stam experimenteerde ze verder.

Al na drie rondjes muteren had ze een versie van het enzym in handen die koolstof 2.000 keer sneller aan silicium koppelt dan het natuurlijke cytochroom c. Hij doet het zelfs 15 keer beter dan de beste synthetische katalysatoren voor deze reactie. Het werkt met ook met dimethylsilanen waar iets anders aan hangt dan een kale fenylgroep. En als je aan het andere eind van die fenylgroep een NH2 hangt die zich eveneens leent voor carbeeninsertie, blijkt het enzym in 29 van de 30 gevallen toch het silicium-uiteinde te ‘pakken’.

Dat de in de publicatie genoemde reactieproducten waarschijnlijk geen van allen ergens goed voor zijn, doet aan het succes van deze proof of principle niets af. E.coli kan voortaan silicium aan koolstof zetten, daar gaat het om.

Mocht iemand nog vragen hebben: op 16 mei 2017 verzorgt Frances Arnold de jaarlijkse Van ’t Hofflezing aan de TU Delft.

bron: AAAS

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

C2W Social Media

Logo Twitter

Logo Linkedin

Wordt abonnee/lid

Logo KNCV

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!