[科普中國]-光遺傳學(xué)技術(shù)將酵母變成高效“生化工廠”

新華社北京３月２８日電 對酵母等微生物進(jìn)行基因改造，用來生產(chǎn)人類所需的化合物，這樣的生物合成技術(shù)已經(jīng)常見。美國一項(xiàng)新研究說，將光遺傳學(xué)技術(shù)與生物合成技術(shù)相結(jié)合，可以大幅提高生產(chǎn)效率。

光遺傳學(xué)技術(shù)是一種操控細(xì)胞的方法，即把特定基因改造得對光敏感，然后用光來打開或關(guān)閉基因功能，影響細(xì)胞活動(dòng)。該技術(shù)已對神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，但用于調(diào)控生物合成中的細(xì)胞代謝還是首次。

美國普林斯頓大學(xué)最近發(fā)布的新聞公報(bào)說，該校研究團(tuán)隊(duì)用光控制轉(zhuǎn)基因酵母，讓酵母在“繁殖”與“勞動(dòng)”兩種狀態(tài)之間及時(shí)切換，高效生產(chǎn)化工原料異丁醇，效率可達(dá)到以往方法的５倍。

異丁醇廣泛應(yīng)用于化工、汽車等多個(gè)領(lǐng)域。酵母具備合成異丁醇的能力，不過自然發(fā)酵時(shí)只會生產(chǎn)微量異丁醇，主要產(chǎn)物是乙醇和二氧化碳。轉(zhuǎn)基因手段能增加異丁醇產(chǎn)量，但異丁醇對酵母有毒性，濃度超過一定水平就會導(dǎo)致菌群死亡。

研究人員給酵母植入一個(gè)經(jīng)改造的光敏基因，使其對特定的藍(lán)光敏感。在受到藍(lán)光照射時(shí)，酵母會正常生長繁殖，分解葡萄糖生產(chǎn)乙醇，同時(shí)抑制異丁醇生產(chǎn)；而在撤除光照后，異丁醇生產(chǎn)線就會啟動(dòng)。讓光照時(shí)間有恰當(dāng)?shù)拈g隔，就可以取得較高的異丁醇產(chǎn)量，同時(shí)維持菌群存活。

與采用化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)的方法相比，光照的成本低、作用速度快，并且能在任意時(shí)刻打開或關(guān)閉光源，實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控。研究人員希望將這一思路運(yùn)用于其他微生物乃至人體細(xì)胞，幫助開發(fā)新的生物合成工藝或治療手段。

相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在英國《自然》雜志上。

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