Dans un autre exploit de la bio-ingénierie, Frances Arnold de Caltech, le professeur Linus Pauling de génie chimique, Bio-ingénierie et biochimie, et son équipe ont créé des bactéries qui peuvent, pour la première fois, faire des composés chimiques contenant des liaisons entre le bore et le carbone. Avant maintenant, de telles liaisons bore-carbone provenaient uniquement des laboratoires de chimistes et ne pouvaient être produites par aucune forme de vie connue.

La découverte fait partie d'une nouvelle vague en biologie synthétique, dans lequel les organismes vivants apprennent à fabriquer des composés chimiques nécessaires à la fabrication de produits pharmaceutiques, produits chimiques agricoles, et d'autres produits industriels. L'année dernière, L'équipe d'Arnold a également conçu des bactéries pour produire des molécules avec des liaisons silicium-carbone, appelés composés organosiliciés, qui peuvent être trouvés dans tout, des produits pharmaceutiques aux semi-conducteurs.

En utilisant la biologie au lieu de procédés synthétiques, les chercheurs peuvent potentiellement fabriquer les composés chimiques de manière plus "verte", plus économique et produire moins de déchets toxiques, selon Arnold.

Les résultats sont publiés dans l'édition en ligne du 29 novembre de la revue La nature . Les auteurs principaux du rapport sont Jennifer Kan et Xiongyi Huang, boursiers postdoctoraux dans le laboratoire d'Arnold.

"Nous avons donné à la vie un tout nouveau bloc de construction qu'elle n'avait pas auparavant, " dit Arnold, qui est également le directeur du Donna et Benjamin M. Rosen Bioengineering Center. "Ce n'est que le début. Nous avons ouvert un nouvel espace à explorer pour la biologie, un espace qui comprend des produits utiles inventés par l'homme."

"La nature a créé de belles machines dont nous pouvons bénéficier, ", dit Huang. "Nous réutilisons les meilleures inventions de la nature."

Pour amener les bactéries à fabriquer des composés contenant du bore, les scientifiques ont utilisé une méthode mise au point par Arnold au début des années 1990 appelée évolution dirigée, dans lequel les enzymes évoluent dans un laboratoire pour remplir les fonctions souhaitées, telles que la création de liaisons chimiques qui ne se trouvent pas dans le monde biologique. Comme cela a été fait dans la recherche précédente à base de silicium, les scientifiques ont commencé avec une protéine commune appelée cytochrome c, mais avec une variante naturellement présente dans les bactéries vivant dans les sources chaudes islandaises. Ils ont muté l'ADN qui code la protéine, puis ont placé les séquences d'ADN mutées dans des milliers de cellules bactériennes pour voir si les bactéries résultantes pouvaient créer les liaisons bore-carbone souhaitées. L'ADN des protéines mutantes réussies a ensuite été muté à nouveau, et le cycle a été répété jusqu'à ce que les bactéries produisant les protéines soient hautement compétentes pour assembler les composés bore-carbone.

Les chercheurs ont créé six versions de ces protéines, chacun avec des penchants légèrement différents pour la fabrication de diverses molécules avec des liaisons bore-carbone. Leurs créations bactériennes finales étaient jusqu'à 400 fois plus productives que les procédés chimiques synthétiques utilisés pour la même réaction.

Kan dit que les chercheurs peuvent utiliser cette technique pour générer facilement encore plus de protéines avec des fonctions spécifiques.

"L'ADN de la protéine est comme un logiciel dans lequel les chercheurs peuvent entrer et réécrire, " dit Kan. " En chimie traditionnelle, vous devez resynthétiser tout un catalyseur chimique si vous voulez qu'il fasse quelque chose de nouveau. Mais nous pouvons le faire en modifiant simplement l'ADN qui indique aux bactéries ce qu'elles doivent faire. »

Bore, qui provient du borax minéral, se trouve juste à gauche du carbone sur le tableau périodique. C'est un ingrédient commun trouvé dans les matériaux composites et dans les engrais. C'est aussi un nutriment essentiel des plantes, et des recherches récentes du rover Curiosity de la NASA ont montré qu'il est présent sur Mars, un signe de conditions habitables possibles.

Dit Kan, "Le bore est l'un des héros méconnus de la chimie. Ce n'est pas un élément dont nous entendons parler tous les jours, mais sa contribution à la chimie est énorme. Nous sommes ravis d'ajouter cet élément à la boîte à outils de biologie synthétique pour la première fois."

Les La nature L'étude est intitulée "Synthèse d'organoborane chirale génétiquement programmée".