简单的人工进化造就了太阳能酵母

迈克尔·欧文

经过改造的酵母能够从光中产生能量

酵母被改造成能够从光中产生能量

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科学家赋予了酵母一种全新的能力——从光中获取能量。该团队表示，这项技术非常简单，不仅可以帮助我们理解进化，还可以制造更好的啤酒和生物燃料。

任何业余酿酒或面包师都会告诉你，酵母对光线非常敏感。暴露会杀死它，让你的面包或啤酒变瘪。这种东西在完全黑暗和严格控制温度的条件下生长和工作得最好，但在一项新的研究中，佐治亚理工学院的科学家们设计了酵母，使其不仅能在光线下生存，而且能茁壮成长。

研究人员编辑了酵母的基因，将其转化为光养生物——一种捕捉光并利用它产生能量的生物。植物当然是最著名的例子，但其他包括藻类和某些类型的细菌。大多数情况下，这种能力是通过复杂的分子机制产生的，如果没有适当的遗传环境，将这种机制植入生物体太麻烦了。

在这项新研究中，研究小组给了酵母一种更简单的工具——一种叫做视紫红质的蛋白质，它能自己将光转化为能量。它们不仅是自给自足的，而且它们的基因自然地很容易在生物体之间传递，就像交易卡一样，通过一个被称为水平基因转移的过程。这种机制是抗生素耐药性等过程的主要因素。

该研究的主要作者奥特姆·彼得森(Autumn Peterson)说:“视紫红质在生命之树上随处可见，显然是生物体在进化过程中从彼此身上获得基因而获得的。”

研究小组从一种寄生真菌中合成了一种视紫红质基因，并将其插入酵母细胞中称为液泡的细胞器中。即使没有任何优化，酵母也能够从光中产生能量来补贴它通常从氧气中获得的能量。当被点燃时，编辑酵母的生长速度比天然酵母快2%左右，并且比在黑暗中保存的编辑酵母表现更好。

该研究的通讯作者安东尼·伯内蒂(Anthony Burnetti)说:“这里我们有一个单一的基因，我们只是把它从不同的背景中拉到一个以前从未有过光养性的谱系中，它就这样起作用了。”“这表明，这种系统真的很容易，至少有时，在一个新的有机体中发挥作用。”

该团队表示，这项研究可以帮助科学家设计出更高产的酵母菌株，用于从啤酒到生物燃料的各种用途。但他们的特别目标是用它来研究进化，特别是生命是如何从单细胞形态向多细胞形态飞跃的。去年，该团队涉足了一些人工自然选择，经过数千代的培育，酵母的体积增加了2万倍，韧性增加了1万倍，形成了集群菌落，开始显示出多细胞性的一些特性。

该项目的主要挑战之一是为生长中的酵母提供足够的能量。氧气是它的主要来源，但随着结构变大，扩散足够的氧气变得越来越困难。他们工作的下一步是尝试用嗜光性酵母进行多细胞进化实验，看看是否有更多的能源生产选择会促进微生物的发展。

这项研究发表在《当代生物学》杂志上。