Het molecuulmodel van het heemeiwit cytochroom c (afb: Wiki Commons)

Het leven zoals wij dat kennen is koolstofchemie: alle biomoleculen hebben een geraamte van koolstofatomen. Silicium (kiezel) is een aan koolstof verwant element, maar reageren niet zo makkelijk met elkaar. Nu schijnen er scheikundigen te zijn die door gerichte evolutie een eiwit ontwikkeld hebben dat de vorming van koolstof/siliciumverbindingen katalyseert. De genetisch geëvolueerde bacteriën bleken in staat die hybride verbindingen te maken. Kunnen we nog een stap verder gaan? Kan leven (ook) kiezelchemie worden?

Frances Arnold van het technologisch instituut van Californië (CalTech) en medeonderzoekers hebben bacteriën koolstof/kiezelverbindingen laten maken. Ze, de bacteriën, doen dat ook nog eens vijftien maal beter dan bestaande louter scheikundige processen.
Organosiliciumverbindingen worden toegepast in medicijnen, halfgeleiders, computers, de landbouw en nog zo wat. De productie ervan is nogal problematisch en voor de reacties zijn dure katalysatoren nodig. Daarbij ontstaan ook nog eens giftige bijproducten.
Biologische processen hebben daar geen last van, maar die bestonden niet. De onderzoekers gebruikten de gerichte evolutie om bacteriën die gewilde verbindingen te laten maken. Heemeiwitten bevorderen, zo ontdekten de onderzoekers, de vorming van organosiliciumverbindingen onder bepaalde fysiologische omstandigheden.
Cytochroom c van de bacterie Rhodothermus marinus is zo’n heemeiwit. Die bacterie is afkomstig uit de heetwaterbronnen in IJsland. De onderzoekers stuurden de evolutie van de bacterie tot die de gewenste organosilicumverbindingen in voldoende hoeveelheden produceerde. “Het is net zoiets als een raspaard fokken”, zegt Arnold. “Een goede fokker herkent de goede eigenschappen van een paard om een renpaard te worden door bepaalde eigenschappen naar voren te fokken. Iets soortgelijks hebben wij gedaan met eiwitten.”
Het voordeel van bacteriën is dat ze zich wat sneller voortplanten dan paarden. Volgens de onderzoekers werkt de omzetting bij veel uitgangsstoffen en in levende bacteriën.

Goedkoop

“Het is indrukwekkend hoe weinig mutaties er nodig zijn om een natuurlijk enzym om te programmeren om een bepaalde reactie te katalyseren die tot nu toe alleen in het lab werd uitgevoerd”, schrijven Hendrik Klare en Martin Oestreich van de TU Berlijn in een commentaar. Volgens deze commentatoren zou deze ontwikkeling grote gevolgen kunnen hebben voor de industrie. Over de mogelijke functie van silicium in toekomstig synthetisch leven hebben ze het niet, dacht ik (ik heb geen toegang tot artikel noch het commentaar).

Bron: der Spiegel