利用光遺傳學(xué)對(duì)酵母進(jìn)行編程，導(dǎo)致更多的異丁醇產(chǎn)生

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)普林斯頓大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種導(dǎo)致酵母產(chǎn)生更多的異丁醇的方法。異丁醇是一種可能用作生物燃料的候選物質(zhì)。在他們發(fā)表在2018年3月29日的Nature期刊上的一篇標(biāo)題為“Optogenetic regulation of engineered cellular metabolism for microbial chemical production”的論文中，他們描述了他們利用光遺傳學(xué)增加酵母的異丁醇產(chǎn)量。

近年來(lái)，科學(xué)家們不斷地在尋找新的替代石油的生物燃料來(lái)源。在這項(xiàng)新的研究中，這些研究人員通過(guò)對(duì)酵母進(jìn)行基因改造，使得它們?cè)谌狈饩€(xiàn)的情況下產(chǎn)生更多的異丁醇。

正如這些研究人員指出的那樣，如果酵母能夠一直在生產(chǎn)異丁醇，那么這是比較方便的，但是這似乎是不太可能的，這是因?yàn)楫惗〈紝?duì)酵母實(shí)際上是有毒的---如果它堆積起來(lái)，那么酵母就會(huì)死亡。正因?yàn)槿绱耍仨氉尳湍高M(jìn)入生長(zhǎng)階段，在這個(gè)階段中，酵母會(huì)堆積它保持健康所需的前體物質(zhì)。在之前的研究中，科學(xué)家們已經(jīng)證實(shí)讓酵母在異丁醇產(chǎn)生階段和生長(zhǎng)階段之間進(jìn)行切換是有可能的，但是采取的方法達(dá)到的效果并不均勻，結(jié)果就是所產(chǎn)生的異丁醇數(shù)量是令人失望的。在這項(xiàng)新的研究中，這些研究人員希望利用光遺傳學(xué)提供的一種更有效的方法讓酵母在這兩個(gè)階段之間進(jìn)行切換。

光遺傳學(xué)涉及對(duì)細(xì)胞進(jìn)行編程，使得它們對(duì)光線(xiàn)作出反應(yīng)。為此，這些研究人員將從海洋動(dòng)物中獲得的一種光敏感性轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入到酵母中。他們還讓另一個(gè)基因發(fā)生變化，從而使得它能夠阻斷這種轉(zhuǎn)錄因子。最終的結(jié)果是酵母可通過(guò)光線(xiàn)加以開(kāi)啟和關(guān)閉---當(dāng)光線(xiàn)存在時(shí)，酵母就如正常條件下那樣產(chǎn)生乙醇；當(dāng)光線(xiàn)關(guān)閉時(shí)，它產(chǎn)生異丁醇。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)這種經(jīng)過(guò)基因改造的酵母能夠利用每升葡萄糖溶液產(chǎn)生8.5g異丁醇，他們指出，這種產(chǎn)量比任何一種其他的方法高出五倍。不幸的是，他們指出，這一數(shù)值還不足以使這個(gè)過(guò)程在商業(yè)上有用。

這些研究人員計(jì)劃繼續(xù)開(kāi)展他們的研究，尋求進(jìn)一步優(yōu)化這個(gè)過(guò)程，以便觀察他們是否能夠提高異丁醇產(chǎn)量。他們也正在考慮加入能夠自動(dòng)地開(kāi)啟和關(guān)閉光源的生物傳感器，這可能會(huì)提高生產(chǎn)效率，并使得這個(gè)過(guò)程更容易開(kāi)展。