Por primera vez, células vivas han formado enlaces de Carbono con Silicio

Los científicos han logrado que células vivas establezcan enlaces carbono-silicio, demostrando por primera vez que la naturaleza puede incorporar el silicio, uno de los elementos más abundantes de la Tierra, en los bloques de construcción de la vida.

Por primera vez, células vivas han formado enlaces de Carbono con Silicio

Impresión artística de vida basada en Silicio. Crédito: Caltech

Mientras que los químicos han alcanzado antes enlaces de carbono-silicio – se encuentran en todo, desde pinturas y semiconductores hasta computadoras y pantallas de televisión – hasta ahora nunca han sido encontrados en la naturaleza, y estas nuevas células podrían ayudarnos a entender más acerca de la posibilidad de la vida basada en silicio en el universo.

Después del oxígeno, el silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, y sin embargo no tiene nada que ver con la vida biológica.

Por qué el silicio nunca se ha incorporado a ningún tipo de bioquímica en la Tierra ha sido un gran problema para los científicos, porque, en teoría, habría sido igual de fácil que formas de vida basadas en silicio hayan evolucionado en nuestro planeta.

No sólo el carbono y el silicio son extremadamente abundantes en la corteza terrestre – también son muy similares en su composición química.

Una de las características más importantes del carbono y el silicio es la capacidad de formar enlaces con cuatro átomos al mismo tiempo. Esto significa que son capaces de enlazar las largas cadenas de moléculas necesarias para formar las bases de la vida tal como la conocemos: las proteínas y el ADN.

«Ningún organismo vivo es conocido por poseer enlaces silicio-carbono, a pesar de que el silicio es tan abundante, a nuestro alrededor, en las rocas y en toda la playa», dice una de las investigadoras, Jennifer Kan de Caltech.

Para ser claros, Kan y su equipo jugaron un gran papel en lograr que las células vivas alcanzaran los enlaces carbono-silicio. Esto no era algo que las células podrían haber hecho fácilmente por sí solas.

Pero el experimento es la prueba de que estos lazos pueden formarse en la naturaleza, siempre y cuando tengan las condiciones adecuadas.

Los investigadores comenzaron por el aislamiento de una proteína que se produce de forma natural en la bacteria Rhodothermus marinus, que prospera en las aguas termales de Islandia.

A ellos les gustaba esta proteína, llamada «cytochrome c enzyme» (enzima citocromo c), porque mientras su papel principal es transportar electrones a través de las células, las pruebas de laboratorio revelaron que podrían facilitar los tipos de enlaces que podrían unir átomos de silicio al carbono.

Después de aislar la proteína, se insertó el gen en algunas bacterias de E. Coli esperando que pudieran facilitar la producción de enlaces de carbono-silicio dentro de sus células vivas.

La primera iteración de estas bacterias de silicio no logró mucho, pero el equipo siguió mutando el gen de la proteína dentro de una región específica del genoma de E. Coli hasta que ocurrió algo muy genial.

«Después de tres rondas de mutaciones, la proteína pudo enlazar el silicio al carbono 15 veces más eficientemente que cualquier catalizador sintético», informó Aviva Rutkin para New Scientist.

El hecho de que esta bacteria haya sido diseñada para producir enlaces de carbono-silicio de manera más eficiente que los químicos es emocionante por dos razones. En primer lugar, ofrece una mejor manera de producir los enlaces carbono-silicio que necesitamos para hacer cosas como productos farmacéuticos, productos químicos agrícolas y combustibles.

«Es algo de lo que la gente habla, sueña, se pregunta», dijo Annaliese Franz, de la Universidad de California, Davis, que no participó en la investigación, a New Scientist.

«Cualquier químico farmacéutico podría leer esto el jueves y el viernes decidir que quiere tomar esto como un bloque de construcción que podría utilizar potencialmente».

En segundo lugar, significa que una forma de vida podría estar, al menos parcialmente, basada en el silicio, y si los investigadores siguen trabajando en este tipo de bacterias, podríamos conseguir una mejor comprensión de esto.

«Este estudio muestra la rapidez con que la naturaleza puede adaptarse a los nuevos desafíos», dijo uno de los miembros del equipo, Frances Arnold, en un comunicado de prensa.

«La maquinaria catalítica codificada por ADN de la célula puede aprender rápidamente a promover nuevas reacciones químicas cuando proporcionamos nuevos reactivos y el incentivo apropiado en forma de selección artificial. La naturaleza podría haber hecho esto ella misma si hubiera querido».

La investigación ha sido publicada en Science.

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