p Os cientistas da Caltech criaram uma cepa de bactéria que pode fazer anéis de carbono pequenos, mas cheios de energia, que são materiais de partida úteis para a criação de outros produtos químicos e materiais. Estes anéis, que são particularmente difíceis de preparar, agora pode ser "fabricado" da mesma maneira que a cerveja. p As bactérias foram criadas por pesquisadores do laboratório de Frances Arnold, Linus Pauling Professor de Engenharia Química da Caltech, Bioengenharia e Bioquímica, usando a evolução dirigida, uma técnica desenvolvida por Arnold na década de 1990. A técnica permite aos cientistas criar bactérias de forma rápida e fácil com as características que desejam. Ele já foi usado pelo laboratório de Arnold para desenvolver bactérias que criam ligações carbono-silício e carbono-boro, nenhum dos quais é encontrado entre os organismos do mundo natural. Usando esta mesma técnica, eles se propuseram a construir os minúsculos anéis de carbono raramente vistos na natureza.

p "As bactérias agora podem produzir esses versáteis, estruturas orgânicas ricas em energia, "Diz Arnold." Com novas enzimas desenvolvidas em laboratório, os micróbios fazem anéis tensos precisamente configurados que os químicos lutam para fazer. "

p Em artigo publicado este mês na revista Ciência , os pesquisadores descrevem como eles agora persuadiram a bactéria Escherichia coli a criar biciclobutanos, um grupo de substâncias químicas que contém quatro átomos de carbono dispostos de forma que formem dois triângulos que compartilham um lado. Para visualizar sua forma, imagine um pedaço de papel quadrado ligeiramente vincado na diagonal.

p Os biciclobutanos são difíceis de fazer porque as ligações entre os átomos de carbono são dobradas em ângulos que os colocam sob muita tensão. Afastar essas ligações de sua forma natural consome muita energia e pode resultar em subprodutos indesejados se as condições para sua síntese não forem as adequadas. Mas é a cepa que torna os biciclobutanos tão úteis. As ligações dobradas agem como molas firmemente enroladas:elas acumulam uma grande quantidade de energia que pode ser usada para conduzir reações químicas, tornando os biciclobutanos precursores úteis para uma variedade de produtos químicos, como produtos farmacêuticos, agroquímicos, e materiais. Quando anéis tensos, como biciclobutanos, são incorporados em moléculas maiores, eles podem imbuir essas moléculas com propriedades interessantes - por exemplo, a capacidade de conduzir eletricidade, mas apenas quando uma força externa é aplicada - tornando-os potencialmente úteis para a criação de materiais inteligentes que respondem a seus ambientes.

p Ao contrário de outros anéis de carbono, como ciclohexanos e ciclopentanos, os biciclobutanos raramente são encontrados na natureza. Isso pode ser devido à sua instabilidade herdada ou à falta de máquinas biológicas adequadas para sua montagem. Mas agora, Arnold e sua equipe demonstraram que as bactérias podem ser geneticamente reprogramadas para produzir biciclobutanos a partir de matérias-primas comerciais simples. À medida que as células de E. coli realizam seus negócios bacterianos, eles produzem ciclobutanos. A configuração é como colocar açúcar e deixá-lo fermentar e virar álcool.

p "Para nossa surpresa, as enzimas podem ser projetadas para fazer de forma eficiente esses anéis de carbono malucos sob as condições ambientais, "diz o estudante de graduação Kai Chen, autor principal do artigo. "Esta é a primeira vez que alguém introduziu uma via não nativa para as bactérias forjarem essas estruturas de alta energia."

p Chen e seus colegas, pós-doutorado Xiongyi Huang, Jennifer Kan, e o estudante de graduação Ruijie Zhang, fez isso dando à bactéria uma cópia de um gene que codifica uma enzima chamada citocromo P450. A enzima havia sido modificada anteriormente por meio de evolução dirigida pelo laboratório Arnold e outros para criar moléculas contendo pequenos anéis de três átomos de carbono - essencialmente metade de um grupo do biciclobutano.

p "A beleza é que um ambiente de sítio ativo bem definido foi criado na enzima para facilitar muito a formação dessas moléculas de alta energia, "Huang diz.

p A precisão com que as enzimas bacterianas fazem seu trabalho também permite que os pesquisadores façam com eficiência os anéis tensos exatos que desejam, com uma configuração precisa e em uma única forma quiral. A quiralidade é uma propriedade das moléculas nas quais elas podem ser "destras" ou "canhotas, "com cada forma sendo a imagem espelhada da outra. É importante porque os seres vivos são seletivos sobre qual" destreza "de uma molécula eles usam ou produzem. Por exemplo, todas as coisas vivas usam exclusivamente a forma destra do açúcar ribose (a espinha dorsal do DNA), e muitos produtos químicos farmacêuticos quirais são eficazes apenas em uma mão; no outro, eles podem ser tóxicos.

p As formas quirais de uma molécula são difíceis de separar umas das outras, mas mudando o código genético da bactéria, os pesquisadores podem garantir que as enzimas favoreçam um produto quiral em detrimento de outro. A mutação nos genes ajustou as enzimas para forjar uma ampla gama de biciclobutanos com alta precisão.

p Kan diz que avanços como os deles estão empurrando a química em uma direção mais verde.

p "No futuro, em vez de construir fábricas de produtos químicos para fazer os produtos de que precisamos para melhorar vidas, não seria ótimo se pudéssemos apenas programar bactérias para fazer o que queremos? ", diz Kan.

p O papel, intitulado "Construção Enzimática de Carbociclos Altamente Strained, "aparece na edição de 5 de abril de Ciência .