对酵母等微生物进行基因改造, 用来生产人类所需的化合物, 这样的生物合成技术已经常见. 美国一项新研究说, 将光遗传学技术与生物合成技术相结合, 可以大幅提高生产效率.
光遗传学技术是一种操控细胞的方法, 即把特定基因改造得对光敏感, 然后用光来打开或关闭基因功能, 影响细胞活动. 该技术已对神经科学等领域产生重大影响, 但用于调控生物合成中的细胞代谢还是首次.
美国普林斯顿大学最近发布的新闻公报说, 该校研究团队用光控制转基因酵母, 让酵母在 '繁殖' 与 '劳动' 两种状态之间及时切换, 高效生产化工原料异丁醇, 效率可达到以往方法的5倍.
异丁醇广泛应用于化工, 汽车等多个领域. 酵母具备合成异丁醇的能力, 不过自然发酵时只会生产微量异丁醇, 主要产物是乙醇和二氧化碳. 转基因手段能增加异丁醇产量, 但异丁醇对酵母有毒性, 浓度超过一定水平就会导致菌群死亡.
研究人员给酵母植入一个经改造的光敏基因, 使其对特定的蓝光敏感. 在受到蓝光照射时, 酵母会正常生长繁殖, 分解葡萄糖生产乙醇, 同时抑制异丁醇生产;而在撤除光照后, 异丁醇生产线就会启动. 让光照时间有恰当的间隔, 就可以取得较高的异丁醇产量, 同时维持菌群存活.
与采用化学物质调节的方法相比, 光照的成本低, 作用速度快, 并且能在任意时刻打开或关闭光源, 实现精确调控. 研究人员希望将这一思路运用于其他微生物乃至人体细胞, 帮助开发新的生物合成工艺或治疗手段.
相关论文已经发表在英国《自然》杂志上.
