I en annan bedrift av bioteknik, Caltechs Frances Arnold, Linus Pauling professor i kemiteknik, Bioteknik och biokemi, och hennes team har skapat bakterier som kan, för första gången, göra kemiska föreningar som innehåller bindningar mellan bor och kol. Före nu, sådana bor-kol-bindningar kom bara från kemisters laboratorier och kunde inte framställas av någon känd livsform.

Fyndet är en del av en ny våg inom syntetisk biologi, där levande organismer lärs att tillverka kemiska föreningar som behövs för läkemedel, jordbrukskemikalier, och andra industriprodukter. Förra året, Arnolds team konstruerade också bakterier för att producera molekyler med kisel-kolbindningar, kallade kiselorganiska föreningar, som finns i allt från läkemedel till halvledare.

Genom att använda biologi istället för syntetiska processer, Forskare kan potentiellt göra de kemiska föreningarna på "grönare" sätt som är mer ekonomiska och producerar mindre giftigt avfall, enligt Arnold.

Resultaten publiceras i den 29 november onlineutgåvan av tidningen Natur . Huvudförfattare till rapporten är Jennifer Kan och Xiongyi Huang, postdoktorer i Arnolds laboratorium.

"Vi har gett livet en helt ny byggsten som det inte hade tidigare, "säger Arnold, som också är direktör för Donna och Benjamin M. Rosen Bioengineering Center. "Detta är bara början. Vi har öppnat ett nytt utrymme för biologi att utforska, ett utrymme som innehåller användbara produkter uppfunna av människor."

"Naturen har skapat vackra maskiner som vi kan dra nytta av, " säger Huang. "Vi återanvänder naturens bästa uppfinningar."

För att få bakterierna att göra borinnehållande föreningar, forskarna använde en metod som var pionjär av Arnold i början av 1990-talet kallad riktad evolution, där enzymer utvecklas i ett laboratorium för att utföra önskade funktioner - till exempel att skapa kemiska bindningar som inte finns i den biologiska världen. Som gjordes i den tidigare kiselbaserade forskningen, forskarna började med ett vanligt protein som heter cytokrom c – men med en variant som finns naturligt i bakterier som lever i isländska varma källor. De muterade DNA:t som kodar för proteinet och lade sedan de muterade DNA-sekvenserna i tusentals bakterieceller för att se om de resulterande bakterierna kunde skapa önskade bor-kolbindningar. DNA från framgångsrika mutanta proteiner muterades sedan igen, och cykeln upprepades tills bakterierna som tillverkade proteinerna var mycket skickliga på att sätta samman bor-kol-föreningarna.

Forskarna gjorde sex versioner av dessa proteiner, var och en med lite olika förkärlek för att göra olika molekyler med bor-kol-bindningar. Deras slutliga bakterieskapelser var upp till 400 gånger mer produktiva än syntetiska kemiska processer som användes för samma reaktion.

Kan säger att forskare kan använda den här tekniken för att enkelt generera ännu fler proteiner med specifika funktioner.

"Protein-DNA är som mjukvara som forskare kan gå in och skriva om, " säger Kan. "Inom traditionell kemi, du måste syntetisera en hel kemisk katalysator om du vill att den ska göra något nytt. Men vi kan göra detta genom att helt enkelt ändra DNA:t som berättar för bakterierna vad de ska göra. "

Bor, som kommer från mineralet borax, sitter precis till vänster om kol på det periodiska systemet. Det är en vanlig ingrediens som finns i kompositmaterial och i gödningsmedel. Det är också ett viktigt näringsämne för växter, och ny forskning från NASA:s Curiosity rover visade att den finns på Mars, ett tecken på möjliga beboeliga förhållanden.

Säger Kan, "Bor är en av kemins obesjungna hjältar. Det är inte ett element vi hör om varje dag, men dess bidrag till kemin är enormt. Vi är glada över att för första gången lägga till detta element i verktygslådan för syntetisk biologi."

De Natur studien har titeln "Genetiskt programmerad kiral organoboransyntes."