Кремний является вторым после кислорода самым распространённым элементом в земной коре. Однако, помимо его неорганического использования некоторыми морскими губками и микроорганизмами, кремний достаточно редко используется в биосфере Земли, несмотря на обширное использование там таких распространённых элементов, как углерод, водород, железо, магний и кислород. Для учёных давно является загадкой — почему природа игнорирует такой полезный в иных случаях материал?
В то время как уже разработаны методы искусственного связывания углерода и кремния, исследователям из Калифорнийского технологического института было любопытно увидеть, возможно ли добиться подобных результатов в живом организме в виде продуктов метаболизма. Они выделили ген для производства фермента из бактерии Rhodothermus marinus, обитающей в горячих источниках Исландии, и ввели соответствующую ДНК в штамм обычных бактерий кишечной палочки.
При добавлении кремнийсодержащих прекурсоров определённого типа фермент, вырабатываемый геномодифицированными бактериями, начинал работать как катализатор процесса связывания кремния и углерода. После придания бактериям особых свойств с помощью ряда мутаций учёные смогли получbть микробы, способные производить кремнийорганические соединения с повышенной производительностью, превосходящей по этому показателю искусственные методы производства.
«Примечательно, что природа готова делать такие удивительные вещи в присутствии нового искусственно созданного питательного материала», — восклицает руководитель исследования инженер-химик Фрэнсис Арнольд. Арнольд надеется, что эта работа поможет учёным понять, есть ли причины того, почему биосфера Земли развивалась таким образом, чтобы исключить кремний, или это произошло случайно. «Мы хотим понять, каковы затраты и преимущества вживления кремния в организм».
В то время как в природе кремний используется достаточно редко, люди широко применяют его в современных технологиях, благодаря особым свойствам элемента — от пьезоэлектрического эффекта в кристаллах кварца до выращивания кремнезёмных пластин для микрочипов. Именно здесь может быть преодолён разрыв между человеком и машиной: этот новый биологический процесс связывания элементов однажды может привести к возможности вживления кремниевой электроники в ткани человека, состоящие из материалов на основе углерода. В перспективе это позволит открыть новый мир возможностей, благодаря использованию таких преимуществ, которые в настоящее время имеются только в машинах, как мгновенная загрузка знаний непосредственно в человеческий мозг и медицинские диагностические наномашины.