La bacteria que produce moléculas con silicio

De la ciencia ficción a la realidad: consiguen que una bacteria produzca moléculas con silicio Científicos del Instituto Tecnológico de California (Caltech) han conseguido que una bacteria forme enlaces de silicio-carbono, un compuesto que no existe en la naturaleza. El hallazgo, que puede tener enormes repercusiones en la industria, es el primero en demostrar que los seres vivos puede adaptarse al silicio. Los compuestos de silicio-carbono, u organosilicio, se fabrican sintéticamente en los laboratorios y se utilizan en productos farmacéuticos, químicos agrícolas, pinturas, semiconductores y pantallas. Hasta ahora ningún organismo vivo había evolucionado para producir estos enlaces, a pesar de que la abundancia del silicio, disponible en las rocas y en toda la playa. Mediante el método de la evolución dirigida, los investigadores de Caltech han logrado crear una enzima que produce biomoléculas de carbono y silicio dentro de un ser vivo. link: https://www.youtube.com/watch?v=2MJE3XqVpBs El proceso de evolución dirigida comienza con una enzima que los científicos quieren mejorar. El ADN se muta de manera más o menos aleatoria, y las enzimas resultantes son sometidas a prueba para seleccionar el rasgo deseado. La enzima de alto rendimiento es mutada de nuevo, y el proceso se repite hasta que se crea una enzima que realiza mucho mejor que el original. “Es como criar un caballo de carreras”, dice Frances Arnold, una de los autoras del estudio. “Solo que lo hacemos con proteínas”. El objetivo no era sólo mejorar la función biológica de una enzima sino persuadirla de hacer algo que no había hecho antes. Después de sólo tres rondas, crearon una enzima que puede hacer selectivamente enlaces de silicio-carbono 15 veces más eficientes que el mejor catalizador inventado por los químicos, por lo que abre un mundo de posibilidades para la industria. El estudio es el primero en demostrar que la naturaleza puede adaptarse para incorporar el silicio en las moléculas basadas en el carbono, los bloques de construcción de la vida. Al igual que el carbono, el silicio puede formar enlaces de cuatro átomos simultáneamente, ideales para formar las cadenas largas de moléculas encontradas en la vida, como proteínas y ADN. La ciencia ficción lleva varias décadas imaginando formas de vida basadas en el silicio (lo saben bien los fans de Star Trek). El material con el que construimos nuestros chips no solo tiene propiedades químicas muy similares al carbono, además es el segundo elemento más abundante del planeta. Gracias a este nuevo hallazgo estamos más cerca de comprender si la vida en la Tierra pudo haber evolucionado a través del silicio, y si es posible que existan fuera del planeta. link: https://www.youtube.com/watch?v=h_OTCQ_fxuc Crean una forma de vida extravagante capaz de producir moléculas con silicio Han logrado que una bacteria introduzca átomos de silicio, un elemento similar al carbono pero que casi nunca forma parte de los seres vivos, dentro de sus moléculas. Esto puede expandir enormente la química y a la biología Esto podría ayudar a entender en el futuro por qué los seres vivos de la Tierra no están hechos de silicio y sí de carbono, o si los extraterrestres podrían estar basados en el primero La vida es un poco maniática. Aunque la química y la física le ofrecen un repertorio muy amplio de opciones para hacer reacciones y construir la estructura de los seres vivos, tiene la costumbre de siempre escoger las mismas opciones, como si tuviera un color favorito. Por ejemplo, cuando construye proteínas con aminoácidos casi siempre escoge las formas L y casi nunca las formas D (L y D son tipos de moléculas con la misma composición pero que se diferencian en la colocación de sus componentes). Pero si hay una «manía» que intriga a los científicos es por qué la vida está hecha básicamente de carbono y no de silicio, cuando este elemento que tanto se usa en los chips resulta tener unas propiedades químicas muy similares a las del carbono y además es el segundo más abundante en la Tierra, después del oxígeno. El carbono y el silicio se parecen tanto que algunos han propuesto que podría haber vida extraterrestre basada en silicio. Pero desde este jueves no hay que mirar a las estrellas para encontrar formas de vida extravagantes. Investigadores del Instituto Tecnológico de California han presentado en Science un artículo en el que demuestran que es posible hacer que los seres vivos produzcan componentes de la vida extraños basados en el silicio. En concreto, han logrado crear una enzima que produce enlaces entre el carbono y el silicio. Esto permitirá explorar los límites de la vida y crear medicamentos y aplicaciones completamente novedosas. MuteAd00:00:14 «Lo más importante es que hemos podido demostrar que la vida puede crear cosas totalmente nuevas que no existen en la naturaleza», ha explicado a ABC Frances H. Arnold, investigadora del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y coautora del estudio. En concreto, han conseguido modificar una enzima que ya existía e introducira en una bacteria para que produzca moléculas de carbono-silicio. Si bien ya hace muchos años que los investigadores usan métodos químicos para crear compuestos de carbono-silicio, con el fin de obtener catalizadores y enzimas de interés industrial, por ejemplo, esta ha sido la primera vez que se ha logrado producir estos compuestos a través de un método biológico. Vida sintética Tal como ha escrito Hendrik F. T. Klare, en un artículo también publicado en Science y que ha acompañado a esta investigación, quizás lo más sorprendente es que este método artificial es extremadamente eficiente. A pesar de haber sido creado en el laboratorio, las enzimas han mostrado tener una gran flexibilidad y versatilidad. «Teniendo en cuenta el hecho de que las enzimas naturales han evolucionado para llevar a cabo funciones muy bien definidas sobre sustratos muy específicos, es impresionante que apenas un puñado de mutaciones permitan reprogramar una enzima natural para catalizar una reacción que antes solo podían hacer los químicos sintéticos», ha escrito Klare. Gracias a esto, los investigadores han creado una enzima que podría usarse para hacer nuevos catalizadores y medicamentos, y además han abierto un campo nuevo repleto de posibilidades. «Hemos demostrado que podemos crear compuestos muy selectivamente con este método, así que creo que mucha gente va a tratar de explorar nuevas aplicaciones», ha dicho Arnold. Pero lo que los científicos no han hecho, todavía, es crear un organismo realmente basado en silicio. En primer lugar la bacteria que han modificado solo puede vivir en las delicadas condiciones de los laboratorios y nunca crecería en el exigente entorno natural. Para continuar, solo han conseguido que una enzima incorpore estos extraños enlaces, pero solo cuando se le de la «comida» y los sustratos necesarios. Los límites de la vida Pero aparte de esto, esta investigación también podría ayudar a entender por qué la vida apenas aprovecha el silicio y, por qué no, si en realidad podría basarse en este elemento. «Ahora también podemos preguntarnos por qué la vida no incorpora silicio en las biomoléculas y averiguar cuáles son los costes y los beneficios de introducir el silicio en las moléculas». El silicio no sustituye al carbono ni está presente en las moléculas orgánicas (compuestas por este átomo) de los seres vivos, (aunque sí forma parte de los componentes inorgánicos de algunos seres vivos, como las diatomeas). Y no se sabe por qué. Una posible explicación es que el silicio, el segundo elemento más abundante de la Tierra detrás del oxígeno, suele estar enterrado y capturado por fuertes enlaces dentro de los silicatos, lo que dificulta el acceso de los organismos a este átomo. Una enorme expansión de la química «Pero si piensas en una imagen global, es muy excitante. Hemos mostrado que las enzimas pueden hacer reacciones totalmente nuevas, y que podemos incorporarlas a sistemas naturales», ha dicho Arnold. «Esto puede expandir enormemente la química». A la pregunta de si también podría expandir la biología y crear seres vivos basados en silicio, la investigadora ha dicho: «No es imposible de imaginar. Sería divertido». Enzima prestada Para conseguir que una bacteria produjera compuestos de carbono-silicio, los científicos «extrajeron» una enzima ya existente de un microorganismo marino que vive en aguas termales en Islandia: Rhodothermus marinus. La «introdujeron» en una bacteria que es el caballo de batalla de los laboratorios, Escherichia coli, y la modificaron para que «aprendiera» a producir eficazmente compuestos de este tipo. Para ello, forzaron la aparición de mutaciones la enzima, y esperaron a que pasaran varias generaciones de bacterias (cosa que ocurre en cuestión de minutos en el laboratorio) para escoger a la bacteria más eficaz (esto se llama evolución dirigida). Gracias a esto, consiguieron que esta enzima, que nunca produciría estos compuestos extravagantes en medio natural, los fabricara en el laboratorio y además con mucha eficiencia. Tal como informa Nature, Arnold ganó este año un millón de dólares en el «Millenium Technology Prize» por la técnica de la evolución dirigida, que desarrolló en 1990. Desde entonces, este método ha permitido desarrollar nuevos medicamentos o incluso nuevos detergentes. La creación de enlaces carbono-silicio promete con ampliar aún más las posibilidades de esta tecnología. Fuente: http://www.abc.es/ciencia/abci-crean-forma-vida-extravagante-capaz-producir-moleculas-silicio-201611251819_noticia.html