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Wissenschaftler entwickeln Bakterien, die energiegeladene Ringe erzeugen

In einem Caltech-Labor gezüchtete Bakterienenzyme können energiereiche Kohlenstoffringe produzieren, die in der Natur selten vorkommen. Diese molekularen Strukturen können dann zur Herstellung anderer Materialien verwendet werden.

Caltech Wissenschaftler haben Bakterien entwickelt, die winzige, aber energiegeladene Kohlenstoffstrukturen bilden können, die als Ausgangspunkte für die Erzeugung anderer Materialien dienen. Diese schwer zu konstruierenden molekularen Strukturen in Form von Ringen können jetzt ähnlich wie Bier "gebraut" werden.

gerichtete Evolution zur Nachahmung der Natur

Die bakteriellen Enzyme wurden im Labor von Caltechs Linus Pauling-Professor für Chemieingenieurwesen, Bioingenieurwesen und Biochemie gezüchtet. Frances Arnold Um dies zu tun, verwendeten Arnolds Forscher eine Technik, die sie in den 1990er Jahren entwickelt hatte und die gerichtete Evolution genannt wurde.

Die Technik ermöglicht es Wissenschaftlern, Bakterien mit Eigenschaften zu züchten, die sie sich wünschen und die in der Natur selten oder gar nicht zu finden sind. In früheren Tests verwendete Arnolds Labor die Technik, um Bakterien zu produzieren, die sich bilden. Kohlenstoff-Silizium und Kohlenstoff-Bor Anleihen, Anleihen, die bisher nur von Menschen gemacht wurden.

"Bakterien können jetzt diese vielseitigen, energiereichen organischen Strukturen produzieren", Arnold sagte . "Mit neuen im Labor entwickelten Enzymen bilden die Mikroben präzise konfigurierte gespannte Ringe, die Chemiker nur schwer herstellen können."

Die Forschung wurde in einem Artikel mit dem Titel " veröffentlicht. Enzymatischer Aufbau stark belasteter Carbocyclen " in der Ausgabe vom 5. April von Wissenschaft . Das Papier beschreibt, wie die Forscher überredet haben Escherichia coli Bakterien bilden Bicyclobutane.

nach Caltech Im Gegensatz zu anderen Kohlenstoffringen sind Bicyclobutane in der Natur nicht häufig, wahrscheinlich aufgrund ihrer „inhärenten Instabilität oder des Mangels an geeigneten biologischen Maschinen für ihre Montage“. Arnolds Labor hat nun jedoch gezeigt, dass „Bakterien genetisch neu programmiert werden können, um zu produzierenBicyclobutane aus einfachen handelsüblichen Ausgangsmaterialien “.

Ein neuer Weg für Bakterien wird eingeführt

"Zu unserer Überraschung können die Enzyme so konstruiert werden, dass sie unter Umgebungsbedingungen effizient so verrückte Kohlenstoffringe herstellen", sagte der Doktorand Kai Chen, Hauptautor des Papiers. "Dies ist das erste Mal, dass jemand einen nicht-nativen Weg einführtdamit Bakterien diese energiereichen Strukturen schmieden. "

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Caltech berichtete, dass Chen und sein Team dies taten, indem sie den Bakterien eine Kopie eines Gens gaben, das für ein Enzym namens Cytochrom P450 kodiert. Das Enzym war zuvor durch gezielte Evolution vom Arnold-Labor und anderen modifiziert worden, um Moleküle mit kleinen Ringen zu erzeugenvon drei Kohlenstoffatomen - im Wesentlichen die Hälfte einer Bicyclobutangruppe. ”

Wissenschaft

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Postdoc und Mitglied von Arnolds Labor Xiongyi Huang sagte : "Das Schöne ist, dass im Enzym eine genau definierte Umgebung für das aktive Zentrum geschaffen wurde, um die Bildung dieser hochenergetischen Moleküle erheblich zu erleichtern."

Postdoc und Mitglied von Arnolds Labor, Jennifer Kan, fügte hinzu, dass Fortschritte wie diese die Chemie in eine „umweltfreundlichere Richtung“ treiben könnten. „In Zukunft würden wir keine Chemiefabriken bauen, um die Produkte herzustellen, die wir zur Verbesserung des Lebens benötigengroßartig, wenn wir nur Bakterien programmieren könnten, um das zu machen, was wir wollen? ", sagte sie.

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Die Forschung wurde von der National Science Foundation, den National Institutes of Health und dem Bioengineering Center von Donna und Benjamin M. Rosen finanziert.

Via : Phys.org

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