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Los científicos diseñan bacterias que crean anillos llenos de energía

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Los científicos de Caltech han diseñado bacterias que pueden producir estructuras de carbono diminutas pero llenas de energía que sirven como puntos de partida para la creación de otro material. Estas estructuras moleculares difíciles de diseñar en forma de anillos ahora se pueden "elaborar" de manera similar a la cerveza.

Evolución dirigida utilizada para imitar la naturaleza.

Las enzimas bacterianas se obtuvieron en el laboratorio de la profesora Linus Pauling de Ingeniería Química, Bioingeniería y Bioquímica de Caltech, Frances Arnold. Para hacer esto, los investigadores de Arnold utilizaron una técnica que desarrolló en la década de 1990 llamada evolución dirigida.

La técnica permite a los científicos criar bacterias con los rasgos que desean y que rara vez o nada se encuentran en la naturaleza. En pruebas anteriores, el laboratorio de Arnold utilizó la técnica para producir bacterias que crean enlaces carbono-silicio y carbono-boro, enlaces que anteriormente solo eran creados por el hombre.

"Las bacterias ahora pueden producir estas estructuras orgánicas versátiles y ricas en energía", dijo Arnold. "Con nuevas enzimas desarrolladas en el laboratorio, los microbios crean anillos tensados ​​configurados con precisión que los químicos luchan por hacer".

La investigación fue publicada en un artículo titulado "Construcción enzimática de carbociclos altamente tensos" en la edición del 5 de abril deCiencias. El documento describe cómo los investigadores persuadieronEscherichia colibacterias para crear biciclobutanos.

Según Caltech, a diferencia de otros anillos de carbono, los biciclobutanos no son comunes en la naturaleza, probablemente debido a su "inestabilidad inherente o la falta de maquinarias biológicas adecuadas para su ensamblaje". El laboratorio de Arnold, sin embargo, ha demostrado ahora que "las bacterias se pueden reprogramar genéticamente para producir biciclobutanos a partir de materiales de partida comerciales simples".

Se introduce una nueva vía para las bacterias

"Para nuestra sorpresa, las enzimas se pueden diseñar para producir anillos de carbono tan locos en condiciones ambientales", dijo el estudiante graduado Kai Chen, autor principal del artículo. "Esta es la primera vez que alguien ha introducido una vía no nativa para que las bacterias forjen estas estructuras de alta energía".

Caltech informó que Chen y su equipo “hicieron esto dándole a la bacteria una copia de un gen que codifica una enzima llamada citocromo P450. La enzima había sido previamente modificada mediante evolución dirigida por el laboratorio de Arnold y otros para crear moléculas que contienen pequeños anillos de tres átomos de carbono, esencialmente la mitad de un grupo biciclobutano ".

El postdoctorado y miembro del laboratorio de Arnold, Xiongyi Huang, dijo: "La belleza es que se creó un entorno de sitio activo bien definido en la enzima para facilitar en gran medida la formación de estas moléculas de alta energía".

Jennifer Kan, postdoctoral y miembro del laboratorio de Arnold, agregó que avances como este podrían impulsar la química en una "dirección más ecológica". "En el futuro, en lugar de construir plantas químicas para fabricar los productos que necesitamos para mejorar vidas, ¿no sería genial si pudiéramos programar bacterias para que produzcan lo que queremos?" ella dijo.

La investigación fue financiada por la National Science Foundation, los National Institutes of Health y el Donna and Benjamin M. Rosen Bioengineering Center.


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