وقتی آفات به قهرمان تبدیل می شوند !

با فناوری: دانشمندان با بهره گیری از آنزیم های حشرات، اصلاحات شیمیایی دقیقی انجام دادند که در لابراتوار های سنتی ممکن نیست و این شروع عصر «سنتز درون حشره ای» است.

به گزارش با فناوری به نقل از ایسنا، پژوهشگران موسسه پژوهش های پیشگام ریکن (RIKEN) در ژاپن با همکاری مرکز علوم منابع پایدار (CSRS) توفیق یافتند حشرات را به رآکتورهای زنده شیمیایی تبدیل کنند.
به نقل از آی ای، روشی نوین با عنوان «سنتز درون حشره ای» (in-insect synthesis) به سرپرستی کنیچیرو ایتامی (Kenichiro Itami) توسعه یافته است که در آن، از خود حشرات برای ساخت و اصلاح مولکول های پیچیده استفاده می شود؛ کاری که در روش های رایج آزمایشگاهی بسیار دشوار یا نا ممکن است.
این فناوری می تواند نحوه تولید نانوکربن ها که مولکول هایی تولید شده فقط از اتم های کربن هستند را متحول کند. این ساختارهای نانویی، بسیار مستحکم، رسانا و در بعضی موارد دارای خاصیت نورافشانی هستند و کاربردهایی در صنایع هوافضا، باتری سازی و الکترونیک پیشرفته دارند. با این وجود، تولید و اصلاح دقیق آنها همیشه چالش بزرگی بوده است.
ایتامی می گوید: ما سال هاست روی نانوکربن های مولکولی مطالعه می نماییم، و همین طور مولکول هایی ساخته ایم که روی پستانداران و گیاهان اثر می گذارند. در این راه، ناگهان این سؤال برای مان پیش آمد: چه می شود اگر نانوکربن ها را به حشرات بخورانیم؟

تبدیل کرم ها به شیمیدان های مولکولی

برای آزمایش فرضیه شان، محققان از یک آفت رایج به نام کرم برگ خوار توتون استفاده کردند. این حشره که در کشاورزی به عنوان آفتی مخرب شناخته می شود، دارای دستگاه گوارشی قدرتمندی است که می تواند ترکیبات سمی گیاهی و آفت کش ها را تجزیه کند. همین خاصیت ها موجب شد این کرم گزینه ای مناسب برای این مطالعه باشد.
آنها به این کرم ها مولکول نانوکربنی خاصی به نام [۶]MCPP خوراندند. تنها دو روز بعد، کرم ها آنرا 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. محققان با آزمایش هایی همچون طیف سنجی جرمی، NMR و کریستالوگرافی پرتو ایکس، ساختار مولکول جدید را بررسی و تایید کردند که این واکنش به درستی انجام شده است.

رمز موفقیت: آنزیم های ناشناخته

با بهره گیری از روش های زیست مولکولی، آنها دریافتند که دو آنزیم به اسامی CYP X۲ و CYP X۳ مسئول اصلی این واکنش هستند. تحلیل ژنتیکی نیز نقش حیاتی این دو آنزیم را تایید نمود.
ایتامی می گوید: بازتولید واکنش هایی که درون بدن حشرات به انجام می رسد در وضعیت آزمایشگاهی بسیار دشوار است. تلاش ما برای تکرار این اکسیداسیون در لابراتوار یا شکست خورد یا بازدهی بسیار پایینی داشت.

آنزیم، تکامل و آینده سنتز زیستی

شبیه سازی های کامپیوتری نیز نشان داد که این آنزیم ها می توانند 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 آنرا به خوبی شبیه سازی کند.
این مطالعه یک مسیر کاملا جدید در علم مواد را گشوده است و آن تولید مولکول های کاربردی با کمک خود حشرات است.
این تکنیک می تواند انقلابی در تولید مواد پیشرفته به وجود آورد. با بهره گیری از آنزیم ها، میکروب ها یا حتی خود حشرات بجای شیشه آلات آزمایشگاهی و مواد شیمیایی رایج، می توان ساختارهایی پیچیده و باارزش ساخت که در لابراتوار تولیدشان بسیار پرهزینه یا دشوار است.
ابزارهای مهندسی ژنتیک مثل کریسپر (CRISPR) یا تکامل هدایت شده نیز می توانند این پروسه را بهینه تر کنند. به عبارتی، روزی ممکنست بتوانیم حشرات را برنامه ریزی نماییم تا مواد نانویی، سنسورهای نورافشان یا حتی پیش سازهای دارویی تولید کنند.