Wetenschappers haalden een eiwit over tot het bouwen van silicium-koolstofbindingen, iets wat de natuur nog nooit eerder heeft gedaan. Betekent dit dat leven ook kan ontstaan op basis van silicium in plaats van koolstof?

Silicium wordt wel het tweelingbroertje van koolstof genoemd. Ze binden beide vier andere atomen, waardoor zowel silicium als koolstof geschikt is voor het vormen van lange ketens van moleculen, zoals DNA en eiwitten. Toch heeft het leven verkozen om koolstof als dé bouwsteen van leven te gebruiken. Maar een nieuw onderzoek wijst uit dat de natuur nog altijd kan leren ook silicium in te passen in hun koolstofmoleculen.

Eiwit muteren

Het gaat hier om organosilicium, een binding tussen silicium en koolstof. Deze molecuulbinding zie je in allerhande producten; van geneesmiddelen en verf tot televisies en computers. Tot nu toe konden alleen chemici dit soort moleculen maken. Wetenschappers van Caltech (VS) wilden zien of de natuur hetzelfde kon. De methode die ze hiervoor gebruikten heet gedirigeerde evolutie.

Dit werkte als volgt. Eerst werd een eiwit gezocht dat de potentie heeft om organosilicium te maken. Dat bleek het eiwit cytochroom c te zijn uit een bacterie die leeft in de warmwaterbronnen van IJsland. De onderzoekers lieten het eiwit willekeurig muteren, waarna de resulterende eiwitten werden getest. Hoe goed konden ze organosilicium bouwen? De beste eiwitten werden geselecteerd voor een nieuwe ronde van mutatie.

Handig voor industrie

Er waren maar drie rondes nodig tot de wetenschappers het beste jongetje van de klas vonden. Deze variant van cytochroom c was wel vijftien keer beter in het vormen van silicium-koolstofmoleculen dan het beste molecuul gebouwd door chemici.

Bovendien maakt het eiwit nauwelijks vervelende bijproducten, is het niet giftig, is goedkoper en kan de reactie op kamertemperatuur en in water plaatsvinden. Wat wil je als chemisch en farmaceutisch producent nog meer?

Evolutiebioloog Maurijn van der Zee (Universiteit Leiden) is te spreken over de studie. “Mutatie en selectie is een superhandige methode om mooie dingen mee te maken, zoals het eiwit in dit onderzoek. Het is nu ineens mogelijk om efficiënt silicium aan koolstof te koppelen, wat de industrie zeker zal verwelkomen.”

Leven gebaseerd op silicium?

Het was nu de mens die de natuur een zetje gaf tot het inbouwen van silicium in koolstofmoleculen. Kunnen levende organismes zelf ook evolueren om dit tweelingbroertje van koolstof te gebruiken in de bouwstenen van het leven? Hoofdonderzoeker Francis Arnold: “Zolang de juiste ingrediënten worden toegevoerd in de juiste omstandigheden kan de natuur zeker leren om te gaan met silicium. Vooralsnog ziet de natuur daar alleen geen noodzaak toe.”

Maar dit geldt natuurlijk voor het leven op aarde. Wie weet dat er op andere planeten wel leven bestaat waarvan het DNA en eiwitten deels of geheel op silicium zijn gebaseerd?

Bronnen: Science, Caltech via EurekAlert!

Beeld: Frances Arnold lab/Caltech