人工進化酶首次打破硅碳鍵
2024-01-29 11:17:45
來源：科技日報
硅和碳都是地球上含量豐富的元素，但是自然界卻從未發(fā)現(xiàn)硅碳鍵的存在。2016年，美國加州理工學院科學家首次找到誘使生物通過化學方式形成硅碳鍵的方法。現(xiàn)在，他們首次設(shè)計出一種酶，可打破硅和碳之間牢固的人造鍵。這種鍵存在于廣泛使用的硅氧烷或有機硅化學品中，而這些化學物質(zhì)可能殘留在環(huán)境中。這一成果有望使硅氧烷等化學物質(zhì)實現(xiàn)生物降解。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《科學》雜志上。
人工進化酶打破硅碳鍵（藝術(shù)圖）。 圖片來源：加州理工學院
定向進化是一種利用人工選擇原理改造酶和其他蛋白質(zhì)的方法。在這項新研究中，加州理工學院教授、2018年諾貝爾化學獎獲得者弗朗西斯·阿諾德及其同事希望找到打破而非產(chǎn)生硅碳鍵的方法。
他們利用定向進化來培養(yǎng)一種稱為細胞色素P450的細菌酶。研究人員使細胞色素P450的DNA產(chǎn)生突變，并測試了新的變體酶。然后，性能最好的酶再次突變，測試重復進行，直到酶的活性足以讓研究人員確定反應(yīng)產(chǎn)物并研究酶的作用機制。最終改進的酶不會直接裂解硅碳鍵，而是通過兩個連續(xù)步驟氧化硅氧烷中的甲基。這意味著兩個碳氫鍵被碳氧鍵取代，這種變化使得硅碳鍵更容易斷裂。
硅氧烷化學物質(zhì)存在于多種產(chǎn)品中，包括用于家庭清潔、個人護理以及汽車、建筑、電子和航空航天產(chǎn)品。在硅氧烷中的所有鍵中，硅碳鍵的分解是最慢的。
研究人員表示，雖然這種工程酶進入現(xiàn)實應(yīng)用可能還需要10年或更長時間，但它的開發(fā)開啟了硅氧烷有朝一日被生物降解的可能性。
