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Miércoles, 30 noviembre 2016
Biotecnología

¿Hacia la vida artificial híbrida de carbono y silicio?

Una nueva investigación es la primera en demostrar que se puede inducir a organismos vivos a formar enlaces de silicio-carbono, algo que solo los químicos habían hecho antes. Unos científicos han modificado una proteína bacteriana volviéndola apta para crear dichos enlaces. Este logro tendrá importantes aplicaciones en varias industrias.

 

Los compuestos de silicio-carbono, o compuestos de organosilicio, se usan en productos farmacéuticos, agroquímicos, pinturas, semiconductores y hasta pantallas de ordenador y TV, por poner algunos ejemplos. Actualmente, estos productos se hacen sintéticamente, dado que los enlaces de silicio-carbono no se encuentran en la naturaleza.

 

El nuevo estudio, a cargo del equipo de las investigadoras Frances Arnold y Jennifer Kan, del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Estados Unidos, demuestra que se puede utilizar la biología para fabricar estos enlaces de formas que son más respetuosas para el medio ambiente y mucho menos caras.

 

El trabajo pionero realizado por el equipo de Arnold y Kan también es el primero en mostrar que la naturaleza puede adaptarse para incorporar silicio en moléculas basadas en el carbono, los bloques de construcción de la vida. Los científicos se han preguntado desde hace mucho si la vida en la Tierra podría haber evolucionado basándose en el silicio en vez de en el carbono. Los escritores de ciencia-ficción han imaginado igualmente mundos alienígenas con vida basada en el silicio, como la criatura presentada en el episodio "The Devil in the Dark", emitido por vez primera en 1967, de la serie televisiva "Star Trek".

 

El carbono y el silicio son químicamente muy similares. Ambos pueden formar enlaces con cuatro átomos al mismo tiempo, lo que los hace muy adecuados para crear las largas cadenas de moléculas empleadas en estructuras biológicas, como las proteínas y el ADN.

 

No se conoce ningún organismo vivo que produzca enlaces de silicio-carbono, a pesar de que el silicio es muy abundante, estando por todas partes, en las rocas y en la arena de las playas. El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre.

 

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Ilustración de una hipotética forma de vida basada en organosilicio. Los resultados del nuevo estudio no demuestran que deba necesariamente existir vida basada en el silicio o en el organosilicio, aunque sí demuestran que la vida basada en el carbono puede ser inducida a incorporar silicio en sus componentes básicos. (Imagen: Lei Chen y Yan Liang (BeautyOfScience.com) para el Caltech)

 

El equipo de investigación utilizó un método llamado evolución dirigida. Arnold fue una pionera de su desarrollo a principios de la década de 1990. Con este método se crean nuevas y mejores enzimas en laboratorios mediante selección artificial. Las enzimas son una clase de proteínas que catalizan, o facilitan, reacciones químicas.

 

El candidato ideal resultó ser una proteína procedente de una bacteria que crece en manantiales termales de Islandia. Esa proteína, llamada citocromo c, normalmente transporta electrones hacia otras proteínas, pero el equipo de Arnold y Kan encontró que también actúa como una enzima para crear enlaces de silicio-carbono a niveles bajos. Los científicos mutaron entonces la codificación genética para esa proteína dentro de la región en ella que especifica una porción que contiene hierro, que se cree es responsable de su actividad formadora de enlaces silicio-carbono. A continuación, probaron estas enzimas mutantes en su capacidad de formar compuestos de organosilicio.

 

Después de solo tres rondas, habían creado una enzima que puede producir de forma selectiva enlaces de silicio-carbono 15 veces más eficientemente que el mejor catalizador inventado por químicos. Además, la enzima es muy selectiva, lo que significa que produce menos subproductos no deseados que tengan que ser separados químicamente.

 

El catalizador basado en hierro y codificado genéticamente no es tóxico, es más barato y más fácil de modificar, comparado con otros utilizados en la síntesis química. La nueva reacción puede también realizarse a temperatura ambiente y en agua.

 

El proceso sintético para producir enlaces de silicio-carbono utiliza a menudo metales preciosos y disolventes tóxicos, y precisa de un procesamiento extra para retirar los subproductos no deseados, todo lo cual incrementa el coste de elaborar estos compuestos.

 

En cuanto a la pregunta de si la vida puede evolucionar por sí misma para usar silicio, Arnold matiza que este estudio solo muestra lo rápido que la naturaleza puede adaptarse a nuevos retos. La maquinaria catalítica codificada genéticamente de la célula puede aprender rápidamente a promover nuevas reacciones químicas cuando se le proporcionan nuevos reactivos y el incentivo apropiado en forma de selección artificial. No obstante, bajo las circunstancias adecuadas, la naturaleza podría hacer esto por sí misma, en palabras de Arnold.

 

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