在一項(xiàng)新的研究中，美國加州理工學(xué)院化學(xué)工程、生物工程與生物化學(xué)教授Frances Arnold博士和她的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出能夠制造含有硼-碳鍵（B-C）的化合物的細(xì)菌。在此之前，這些硼-碳鍵僅來自化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室，并不能夠由任何已知的生命形式產(chǎn)生。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年12月7日的Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Genetically programmed chiral organoborane synthesis”。
圖片來自David Chen和Yan Liang/Caltech(BeautyOfScience.com)。
這一發(fā)現(xiàn)是合成生物學(xué)取得的新進(jìn)展：活的有機(jī)體經(jīng)教導(dǎo)后產(chǎn)生制造藥物、農(nóng)用化學(xué)品和其他的工業(yè)產(chǎn)品所需的化合物。去年，Arnold團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)出產(chǎn)生具有硅-碳鍵（Si-C）的分子，即有機(jī)硅化合物。
根據(jù)Arnold的說法，通過使用生物學(xué)而不是合成工藝，人們能夠潛在地以 “更加綠色”的方式制造化合物。
為了誘導(dǎo)這些細(xì)菌產(chǎn)生含硼化合物，這些研究人員使用了Arnold在20世紀(jì)90年代早期開創(chuàng)的被稱作定向進(jìn)化的方法：酶在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)過進(jìn)化后產(chǎn)生所需的功能，比如構(gòu)建在生物世界中未發(fā)現(xiàn)的化學(xué)鍵。正如在之前的基于硅的研究中做到的那樣，他們首先利用一種常見的被稱作細(xì)胞色素c的蛋白開展研究，不過這種蛋白具有一種在生活于冰島溫泉中的細(xì)菌內(nèi)天然發(fā)生的突變。他們讓編碼這種蛋白的DNA發(fā)生突變，隨后讓這些發(fā)生突變的DNA序列導(dǎo)入到上千個(gè)細(xì)菌細(xì)胞中，以便觀察所形成的這些細(xì)菌是否能夠產(chǎn)生所需的硼-碳鍵。隨后，他們再次讓編碼成功發(fā)生突變的蛋白的DNA發(fā)生突變。這種循環(huán)不斷重復(fù)直到產(chǎn)生這種蛋白的細(xì)菌地制造硼-碳化合物。
這些研究人員制造出這種蛋白的六種版本，每種版本具有略微不同的用于制造各種含硼-碳鍵分子的能力。他們zui終構(gòu)建出的細(xì)菌制造含硼-碳鍵分子的產(chǎn)率比用于相同反應(yīng)的合成化學(xué)過程高出400倍。
這些研究人員能夠利用這種技術(shù)輕松地產(chǎn)生更多的具有特定功能的蛋白。
硼是化學(xué)領(lǐng)域的無名英雄之一。 它不是人們每天都聽到的化學(xué)元素，但是它對化學(xué)的貢獻(xiàn)是巨大的。這些研究人員很高興將這個(gè)元素添加到合成生物學(xué)工具箱中。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
S. B. Jennifer Kan, Xiongyi Huang, Yosephine Gumulya et al. Genetically programmed chiral organoborane synthesis. Nature, 07 December 2017, 552:132–136, doi:10.1038/nature24996
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