對酵母等微生物進行基因改造, 用來生產人類所需的化合物, 這樣的生物合成技術已經常見. 美國一項新研究說, 將光遺傳學技術與生物合成技術相結合, 可以大幅提高生產效率.
光遺傳學技術是一種操控細胞的方法, 即把特定基因改造得對光敏感, 然後用光來開啟或關閉基因功能, 影響細胞活動. 該技術已對神經科學等領域產生重大影響, 但用於調控生物合成中的細胞代謝還是首次.
美國普林斯頓大學最近發布的新聞公報說, 該校研究團隊用光控制轉基因酵母, 讓酵母在 '繁殖' 與 '勞動' 兩種狀態之間及時切換, 高效生產化工原料異丁醇, 效率可達到以往方法的5倍.
異丁醇廣泛應用於化工, 汽車等多個領域. 酵母具備合成異丁醇的能力, 不過自然發酵時只會生產微量異丁醇, 主要產物是乙醇和二氧化碳. 轉基因手段能增加異丁醇產量, 但異丁醇對酵母有毒性, 濃度超過一定水平就會導致菌群死亡.
研究人員給酵母植入一個經改造的光敏基因, 使其對特定的藍光敏感. 在受到藍光照射時, 酵母會正常生長繁殖, 分解葡萄糖生產乙醇, 同時抑制異丁醇生產;而在撤除光照後, 異丁醇生產線就會啟動. 讓光照時間有恰當的間隔, 就可以取得較高的異丁醇產量, 同時維持菌群存活.
與採用化學物質調節的方法相比, 光照的成本低, 作用速度快, 並且能在任意時刻開啟或關閉光源, 實現精確調控. 研究人員希望將這一思路運用於其他微生物乃至人體細胞, 幫助開發新的生物合成工藝或治療手段.
相關論文已經發表在英國《自然》雜誌上.
