دانشمندان برای اولین بار موفق به ایجاد پیوند سیلیکون-کربن شدند
دانشمندان موفق شدند با تزریق سلول‌های زنده به پیوندهای کربن- سیلیکون، برای اولین بار موفق شدند نشان دهند که طبیعت قادر به استفاده از ماده سیلیکون در ساختار بدنی موجودات زنده است. سیلیکون یکی از فراوان‌ترین عناصر موجود بر روی زمین است.
گویا آی تی – در حالی که شیمیدانان قبلا موفق به پیوند کربن-سیلیکون شده‌اند (که می‌توان آنها را در همه چیز از جمله رنگ‌های نقاشی و نیمه رساناها تا کامپیوترها و صفحات نمایش دید)، اما تا به امروز موفق به انجام این کار در طبیعت نشده بودند، و این سلول‌های جدید می‌توانند به ما کمک کنند که اطلاعات بیشتر و دقیق‌تری راجع به امکان وجود داشتن زندگی سیلیکون-کربنی در جایی دیگر از کهکشان وجود داشته باشد.
از نظر فراوانی روی پوسته‌ی کره زمین سیلیکون بعد از اکسیژن جایگاه دوم را به خود اختصاص داده ولی با این وجود دانشمندان و پژوهشگران اثری از آن در زندگی زیستی جانداران ندیده‌اند.
دلیل عدم استفاده از سیلیکون در بیوشیمی جانداران زمین همواره معمایی عجیب برای دانشمندان بوده زیرا از نظر تئوری، امکان زندگی، رشد و تکامل جانداران (جانوران و گیاهان) سیلیکونی همانند جانداران محبوب کربنی که در سراسر دنیا زندگی می‌کنند، وجود دارد.
کربن و سیلیکون نه تنها از نظر فراوانی در پوسته‌ی زمین تقریبا به یک میزان وجود دارند بلکه از نظر ساختار شیمیایی هم شباهت بسیار زیادی به یکدیگر دارند.
یکی از مهم‌‌ترین ویژگی‌های مشترک کربن و سیلیکون توانایی تشکیل پیوند به صورت همزمان با چهار اتم است. به این معنی که این دو ماده قادر به اتصال زنجیره‌های دراز مولکول‌های مورد نیاز برای تشکیل پایه و اساس زندگی به آن شکلی که می‌شناسیم یعنی پروتئین‌ها و DNA هستند.
با این وجود تا جایی که اطلاع داریم به غیر از موجود تخیلی Horta در مجموعه فیلم‌های تخیلی جنگ ستارگان، فعلا هیچ جاندار سیلیکونی در روی زمین شناسایی نشده است.
در این رابطه جنیفر کان، یکی از پژوهشگران انستیتیو تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) می‌گوید: ”علی‌رغم فراوانی سیلیکون در اطراف ما، در صخره‌ها و در سواحل دنیا تا به حال هیچ موجود زنده‌ای شناسایی نشده که دارای پیوندهای سیلیکون-کربنی باشد.“
کان و تیم‌اش نقش بسیار مهمی در زمینه دستکاری سلول‌های زنده به‌منظور دستیابی به پیوندهای کربن-سیلیکونی داشته‌اند؛ سلول‌ها به تنهایی قادر به انجام چنین کاری سختی نیستند.
اما این آزمایش مدرک محکمی است که نشان می‌دهد امکان انجام این پیوندها در طبیعت وجود دارد، البته به شرط فراهم کردن شرایط محیطی مورد نیاز.
پژوهشگران کار خود را با ایزوله کردن پروتئینی که به صورت طبیعی در باکتری Rhodothermus Marinus تولید شده و در بهارهای گرم ایسلند به خوبی رشد می‌کند.
محققان به این پروتئین به نام Cytochrome C Enzyme علاقه‌مند شدند زیرا در حالی نقش اصلی آن انتقال الکترون‌ها از طریق سلول‌هاست اما تست‌های آزمایشگاهی نشان داد که این پروتئین قادر به تسهیل آن نوع پیوندهایی است که اتم‌های سیلیکون را به کربن متصل می‌کنند.
آنها بعد از ایزوله کردن پروتئین ژن آن را به درون تعدادی باکتری E.coli تزریق کردند تا نتیجه تسهیل تولید پیوندهای کربن-سیلیکونی درون سلول‌های زنده‌ی آن بررسی شود.
اولین تکرار این باکتری‌های سیلیکونی مهندسی شده موفقیت زیادی کسب نکرد اما تیم به تغییر دادن ژن پروتئین در درون قسمت خاصی از ژنوم E.coli ادامه داد تا زمانی که یک اتفاق بسیار جالب افتاد.
اویوا راتکین، گزارشگر وب‌سایت New Scientist اتفاق را این طور شرح می‌دهد: ”بعد از سه دور دستکاری، پروتئین قادر به پیوند سیلیکون با کربن شد، آن هم ۱۵ برابر بهتر از کاتالیزورهای مصنوعی.“
این حقیقت که این باکتری مهندسی شده در مقایسه با روش‌هایی که شیمیدانان در آزمایشگاه استفاده می‌کنند قادر به تولید بهینه‌تر پیوندهای کربن-سیلیکونی است به دو دلیل جالب است. اول این که راه بهتری برای تولید پیوندهای کربن-سیلیکونی مورد نیاز برای ساخت چیزهایی مثل داروها، مواد شیمایی کشاورزی و انواع سوخت‌هاست و این دستاوری بوده که مردم همواره رویای آن را در سر داشته‌اند. شیمدانان می‌توانند از این پیوند برای ساخت راحت‌تر داروهای جدید بهره بگیرند.
مورد دوم این که انجام موفقیت‌آمیز این پیوند نشان می‌دهد گونه‌ای زیستی که حداقل قسمتی از آن بر پایه سیلیکون بنا شده باشد امکان‌پذیر است و اگر پژوهشگران فعالیت‌های خود در زمینه رشد این نوع باکتری‌ها را ادامه دهند، می‌توان درک بهتری از شکل احتمالی جاندارانی که بر پایه این پیوند زندگی می‌کنند به دست آورد.
در این زمینه فرانسس آرنولد، یکی از اعضای تیم این تحقیق اضافه می‌کند: ”این پژوهش نشان می‌دهد که طبیعت به سرعت می‌تواند به چالش‌های جدید واکنش نشان داده و خود را با آنها سازگار کند. زمانی که پژوهشگران بتوانند واکنشگرهای جدید و محرک‌های مناسب را به شکل انتخاب مصنوعی به سلول‌ها ارائه کنند، سیستم فعل‌وانفعالی پر از DNA آنها قادر به یادگیری سریع توسعه واکنش‌های جدید شیمایی خواهد بود. البته اگر این پروسه برای بقا یا زندگی بهتر آنها ضروری بود بدون شک طبیعت خود آن را به راحتی انجام می‌داد.“
نتایج این دستاورد بسیار مهم در حوزه شیمی مواد، در وب‌سایت ساینس منتشر شده است.