Кремний-углерод. 
Стабилизация мРНК злаков in vitro под влиянием кремния

В художественных научно-фантастических романах часто использовался сюжет о возможности полной замены углерода в биологических молекулах на кремний, что предавало бы организму уникальные свойства. Эти фантазии основаны на некотором сходстве атомов углерода и кремния, которые находятся в тесном соседстве в 4-ой группе таблицы Д. И. Менделеева.

Энергия связи атомов кремния с атомами углерода (57,6 ккал/моль) приблизительно равна энергии связи атомов углерода друг с другом (58,6 ккал моль), т. е. связь Si—С практически является ковалентной. Большой энергией обладает так называемая силоксанная связь Si—О—Si (89,0 ккал моль).

In vitro разработан синтез четырёх типов биологически активных кремнийорганических соединений:

• 1) Структурно-специфичиские кремнийорганические соединения, не имеющие органических аналогов (силатраны, некоторые комплексы метилсиликоната Na с гидроксикарбоновыми кислотами 6-цис-дифенилгексаметилтетрациклосилоксан; последний применяется в медицине при лечении ряда заболеваний). Некоторые силатраны стимулируют рост растений, дрожжевых грибов, насекомых, птиц, регенерацию соединительной ткани, шерсти, волос.
• 2) Кремнийорганические аналоги лекарственных средств, в которых один или более атомов С заменены на Si. Синтезированы кремнийорганические соединения, проявляющие гипотензивное, спазмолитическое, антигистаминное, курареподобное и др. виды физиологического действия. Биологически активные кремнийорганические соединения этого типа обычно менее токсичны, чем их углеродные аналоги, и быстрее разрушаются в организме.
• 3) Биологически активные органические соединения, модифицированные введением в их молекулу кремнийсодержащих групп. Такая модификация повышает активность и пролонгирует действие антибиотиков, стероидных гормонов и других лекарственных средств, а также инсекторепеллентов; подавляет горький вкус ряда лечебных препаратов, уменьшает побочные реакции простагландинов и фосфорорганических инсектицидов.
• 4) Кремнийорганические соединения, являющиеся донорами необходимого для организма Si (эфиры ортокремниевой кислоты, алкоксилатраны) [6−8].

Кроме того в последнее десятилетие разрабатываются методы доставки лекарств и нуклеиновых кислот внутрь клеток мезопористыми кремниевыми наночастицами (МКН). Потенциал МКН как средство доставки биомолекул обеспечивается их уникальной пористой структурой и физическими свойствами, такими как большая площадь поверхности, большой объём, регулируемый размер пор и небольшой разброс их размеров. Созданы методы доставки плазмидной ДНК внутрь клетки, позволяющие производить замену дефектного гена или восстанавливать его функцию. Доставка малых интерферирующих РНК (siРНК) внутрь клетки может привести к избирательному ослаблению экспрессии или отключению (нокдауну) конкретных генов, в результате целенаправленного усиленного распада соответствующих мРНК [12].

Применение кремнийорганических биостимуляторов в растениеводстве позволяет повысить холодостойкость, выносливость к жаре и засухе, помогает благополучно выйти из стрессовых погодных ситуаций (возвратные заморозки, резкие перепады температуры и т. д.), усиливает защитные функции растений к болезням и вредителям. Препараты снимают угнетающее, седативное действие химических реагентов по защите растений при комплексных обработках. Использование кремнийорганических препаратов в растениеводстве позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 15−55%, ускорить созревание культур на 10−15 дней, улучшить качество и питательную ценность продукции [10].

Вместе с тем, биохимические аспекты метаболизма кремния до сих пор плохо изучены.

В 1953 году французский врач Шарно предположил, что в человеческом организме присутствует особый фермент — силиказа, который освобождает необходимый организму кремний из его соединений. Почти четверть века спустя американский биохимик Шварц выделил и идентифицировал такой фермент из поджелудочной железы, желудка и почек животных.

Силиказы — ферменты, осуществляющие деполимеризацию кремнезема, являются представителями семейства угольных ангидраз относящихся к классу цинкзависимых металлоферментов, гидролизующих эфиры. Силиказа является субстратзависимым ферментом — в ответ на увеличение концентрации кремния резко возрастает экспрессия соответствующего гена [11].

Силиказа оказалась способной высвобождать кремниевую кислоту даже из синтетических кремнийоргапических соединений. Она отличается необычайной для ферментов теплостойкостью, даже при нагревании до 100 °C в течение 10 минут активность силиказы не снижается.

Полагают, что в силикатных бактериях также имеются ферменты — силиказы, ответственные за разрушение связей Si-O в кристаллических решётках глинистых материалов, а также связей Si-C в кремнийорганических соединениях. Однако в чистом виде эти ферменты не выделены.