光遗传学技术将酵母变成异丁醇生产工厂

《自然》期刊2018年3月21日发表的一篇论文中，美国普林斯顿大学的研究人员通过光来增加基因修饰的酿酒酵母产生异丁醇的能力，比先前报道的水平高出5倍，该研究也为科学家们提供了一个强大的新工具来探索细胞的代谢过程。

光在该实验中发挥了关键作用，它能转换基因的表达。这些特定基因对光敏感，光可以触发或抑制其表达，改造过的酵母可实现在生产乙醇和异丁醇之间交替。研究人员通过基因工程来抑制酵母的生长，产生大量的异丁醇，但高浓度的异丁醇会杀死酵母，因此研究者通过基因工程和光线组合来优化异丁醇生产。首先，研究人员将蓝光可控制的海洋细菌的修饰基因置于酵母的DNA中，然后利用光线开启反应过程，激活酵素，酵母消耗葡萄糖，分泌乙醇，自然地生长和繁殖。在此期间生产异丁醇的酶不起作用。将酵母转向黑暗，关闭乙醇生产酶，为异丁醇的产生腾出空间。研究人员通过每隔几小时发射一阵蓝光来让细胞生长，避免异丁醇的过度累积，来找到光明与黑暗的正确平衡点。

较之于基因工程或化学添加剂，使用光控制酵母的化学生产有以下几个优势。首先，光线比大多数的替代品更快、更便宜。光是可调节的，在发酵过程中可以随时切换细胞的功能。另外，光可以作用于特定基因而不影响细胞的其他部分。