硅和碳都是地球上含量豐富的元素，但是自然界卻從未發(fā)現(xiàn)硅碳鍵的存在。2016年，美國加州理工學(xué)院科學(xué)家首次找到誘使生物通過化學(xué)方式形成硅碳鍵的方法。現(xiàn)在，他們首次設(shè)計出一種酶，可打破硅和碳之間牢固的人造鍵。這種鍵存在于廣泛使用的硅氧烷或有機硅化學(xué)品中，而這些化學(xué)物質(zhì)可能殘留在環(huán)境中。這一成果有望使硅氧烷等化學(xué)物質(zhì)實現(xiàn)生物降解。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。
人工進化酶打破硅碳鍵（藝術(shù)圖）。 圖片來源：加州理工學(xué)院
定向進化是一種利用人工選擇原理改造酶和其他蛋白質(zhì)的方法。在這項新研究中，加州理工學(xué)院教授、2018年諾貝爾化學(xué)獎獲得者弗朗西斯·阿諾德及其同事希望找到打破而非產(chǎn)生硅碳鍵的方法。
他們利用定向進化來培養(yǎng)一種稱為細胞色素P450的細菌酶。研究人員使細胞色素P450的DNA產(chǎn)生突變，并測試了新的變體酶。然后，性能最好的酶再次突變，測試重復(fù)進行，直到酶的活性足以讓研究人員確定反應(yīng)產(chǎn)物并研究酶的作用機制。最終改進的酶不會直接裂解硅碳鍵，而是通過兩個連續(xù)步驟氧化硅氧烷中的甲基。這意味著兩個碳氫鍵被碳氧鍵取代，這種變化使得硅碳鍵更容易斷裂。
硅氧烷化學(xué)物質(zhì)存在于多種產(chǎn)品中，包括用于家庭清潔、個人護理以及汽車、建筑、電子和航空航天產(chǎn)品。在硅氧烷中的所有鍵中，硅碳鍵的分解是最慢的。
研究人員表示，雖然這種工程酶進入現(xiàn)實應(yīng)用可能還需要10年或更長時間，但它的開發(fā)開啟了硅氧烷有朝一日被生物降解的可能性。
