碳和硅通过细菌首次结合

                     

以硅为基础的生命将是什么样子？一种新的蛋白质或许能帮助人们找到答案。图片来源：Jasper Juinen/Bloomberg via Getty

蛋白质解决了问题。通过引导进化过程，科学家创建了一种可将碳和硅结合起来的蛋白。此项创新能改变人类制造从药物到LED灯、半导体以及计算机屏幕的很多产品的方式。相关成果日前发表于《科学》杂志。

虽然硅是地球地壳中含量第二多的元素，但它无法同碳天然地结合在一起。这意味着生产商必须借助人工方法制造将两者结合起来的化合物。此类化合物被称为有机硅，出现在包括粘合剂和硅酮涂层在内的很多材料中。

来自美国加州理工学院的Frances Arnold介绍说，利用生物学原理创建相同的结合物将更加可靠，并且可能成本更低。不过，时至今日，科学家尚无法找到或产生此类反应。

如今，Arnold及其同事公布了一种执行此项任务的蛋白质。该团队通过利用一个被称为定向进化的人工选择过程，创建了这种蛋白质。其超越了所有将两种元素结合起来的其他现有方法。

Arnold团队从一种在海洋红嗜热盐菌基因组序列中发现的蛋白质着手。海洋红嗜热盐菌是一种最初在冰岛温泉中发现的细菌。这种被称为细胞色素c酶的蛋白质通常将电子运输到细胞附近。不过，早期实验室测试表明，只要稍加定向，它或许便能创建研究人员一直在寻找的结合物。

他们在大肠杆菌中合成了这种蛋白，并且通过让它的DNA编码随机发生突变，对其进行了修正。每一次，研究人员会选择最有希望的候选化合物，然后再次使其发生突变。经过3轮突变后，该蛋白质将硅和碳结合起来的效率比任何合成催化剂都要高15倍。同时，它更加可靠，并且产生更少的不想要的副产品。

来自加州大学戴维斯分校的Annaliese Franz认为，该过程对于药物发现尤其有用，因为有机硅被用在一些药物中。Arnold则表示，此项研究可能还有助于回答在地球或另一个星球上以硅为基础的生命形态将是什么样子的问题。“你可以开始想象，当把硅加入到生命形态中时将会发生什么。”

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