به گزارش ایسنا، پژوهشگران موسسه پژوهش‌های پیشگام ریکن (RIKEN) در ژاپن با همکاری مرکز علوم منابع پایدار (CSRS) موفق شدند حشرات را به رآکتورهای زنده شیمیایی تبدیل کنند.

به نقل از آی‌ای، روشی نوین با عنوان «سنتز درون‌حشره‌ای» (in-insect synthesis) به سرپرستی کنیچیرو ایتامی (Kenichiro Itami) توسعه یافته است که در آن، از خود حشرات برای ساخت و اصلاح مولکول‌های پیچیده استفاده می‌شود؛ کاری که در روش‌های رایج آزمایشگاهی بسیار دشوار یا غیرممکن است.

این فناوری می‌تواند نحوه تولید نانوکربن‌ها که مولکول‌هایی ساخته‌شده فقط از اتم‌های کربن هستند را متحول کند. این ساختارهای نانویی، بسیار مستحکم، رسانا و در برخی موارد دارای خاصیت نورافشانی هستند و کاربردهایی در صنایع هوافضا، باتری‌سازی و الکترونیک پیشرفته دارند. با این حال، تولید و اصلاح دقیق آن‌ها همواره چالش بزرگی بوده است.

ایتامی می‌گوید: ما سال‌هاست روی نانوکربن‌های مولکولی تحقیق می‌کنیم، و همچنین مولکول‌هایی ساخته‌ایم که روی پستانداران و گیاهان اثر می‌گذارند. در این مسیر، ناگهان این سؤال برای‌مان پیش آمد: چه می‌شود اگر نانوکربن‌ها را به حشرات بخورانیم؟

تبدیل کرم‌ها به شیمیدان‌های مولکولی

برای آزمایش فرضیه‌شان، پژوهشگران از یک آفت رایج به نام کرم برگ‌خوار توتون استفاده کردند. این حشره که در کشاورزی به عنوان آفتی مخرب شناخته می‌شود، دارای دستگاه گوارشی قدرتمندی است که می‌تواند ترکیبات سمی گیاهی و آفت‌کش‌ها را تجزیه کند. همین ویژگی‌ها باعث شد این کرم گزینه‌ای مناسب برای این پژوهش باشد.

آن‌ها به این کرم‌ها مولکول نانوکربنی خاصی به نام [۶]MCPP خوراندند. تنها دو روز بعد، کرم‌ها آن را هضم کرده و مولکولی جدید به نام [۶]MCPP-oxylene  تولید کردند که شامل یک اتم اکسیژن جدید و خاصیت فلورسانس بود.

این تغییر تنها یک واکنش تصادفی نبود. پژوهشگران با آزمایش‌هایی از جمله طیف‌سنجی جرمی، NMR و کریستالوگرافی پرتو ایکس، ساختار مولکول جدید را بررسی و تایید کردند که این واکنش به‌ درستی انجام شده است.

رمز موفقیت: آنزیم‌های ناشناخته

با استفاده از روش‌های زیست‌مولکولی، آن‌ها دریافتند که دو آنزیم به نام‌های CYP X۲ و CYP X۳ مسئول اصلی این واکنش هستند. تحلیل ژنتیکی نیز نقش حیاتی این دو آنزیم را تایید کرد.

ایتامی می‌گوید: بازتولید واکنش‌هایی که درون بدن حشرات انجام می‌شود در شرایط آزمایشگاهی بسیار دشوار است. تلاش ما برای تکرار این اکسیداسیون در آزمایشگاه یا شکست خورد یا بازدهی بسیار پایینی داشت.

آنزیم، تکامل و آینده سنتز زیستی

شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نیز نشان داد که این آنزیم‌ها می‌توانند همزمان دو مولکول [۶]MCPP را گرفته و مستقیما یک اتم اکسیژن را در پیوند کربن-کربن وارد کنند. این واکنشی نادر و بسیار دقیق است که علم شیمی هنوز نتوانسته آن را به خوبی شبیه‌سازی کند.

این پژوهش یک مسیر کاملا جدید در علم مواد را گشوده است و آن تولید مولکول‌های کاربردی با کمک خود حشرات است.

این روش می‌تواند انقلابی در تولید مواد پیشرفته به وجود آورد. با استفاده از آنزیم‌ها، میکروب‌ها یا حتی خود حشرات به‌جای شیشه‌آلات آزمایشگاهی و مواد شیمیایی رایج، می‌توان ساختارهایی پیچیده و ارزشمند ساخت که در آزمایشگاه تولیدشان بسیار پرهزینه یا دشوار است.

ابزارهای مهندسی ژنتیک مثل کریسپر (CRISPR) یا تکامل هدایت‌شده نیز می‌توانند این فرایند را بهینه‌تر کنند. به‌عبارتی، روزی ممکن است بتوانیم حشرات را برنامه‌ریزی کنیم تا مواد نانویی، حسگرهای نورافشان یا حتی پیش‌سازهای دارویی تولید کنند.

وقتی آفات به قهرمان تبدیل می‌شوند

کرم برگ‌خوار توتون که معمولا به‌خاطر سرعت رشد بالا و مقاومتش به آفت‌کش‌ها، بدنام‌ترین دشمن کشاورزان به‌شمار می‌رود، حالا در این مطالعه نقشی کاملا متفاوت ایفا کرده است.

این آفت، به‌خاطر چرخه زندگی سریع و قدرت متابولیسم فوق‌العاده‌اش، شهرتی جهانی در صنعت حفاظت از محصولات کشاورزی دارد. اما در پروژه ما، این کرم‌ها نه به‌عنوان دشمن، بلکه به‌عنوان قهرمانانی غیرمنتظره ظاهر شدند.

انتهای پیام