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得益于一些基因工程这种微生物不再需要吃食物来生长

作者:admin 发布时间:2020-02-23 19:22

  合成生物学家进行了生化转换。他们重新设计了一种细菌,这种细菌通常★◇▽▼•会食用简单的糖类饮食,变成一种类似于植物的细菌,该细菌通过吸收二氧化碳(CO2)来建立细胞。这项工作可能导致工程微生物将空气中的CO2吸入并转化为药物和其他高价值化合物。

  加州大学伯克利分校的生物化学家戴夫萨维奇(Dave Savage)说:“这意味着深远的意义。”他说,这样的进步可能“最终使我们改变我们教授生物化学的方式。”

  生物学家通★△◁◁▽▼常将世△▪▲□△界分解为两种类型的生物:植物等“自养生物”和一些细菌,这些细菌主要利用光合作用将CO2转化为糖和其他有机物质,以建立细胞。同时,“异养菌”(这就是我们以及几乎所有其他一切)从它们消耗的生物中获得了这些构建基块。

  合成生物学家长期以来一直在尝试对植物和自养细菌进行改造,以利用水和CO2产生有价值的化学物质和燃料,因为它比其他途径更便宜。但是到目前为止,他们已经成功地获得了异养细菌大肠埃希氏菌(大多数人都知道,它存在于我们的肠道中,有时会引发食物中毒),从而比其他方法更廉价地生产乙醇和其他所需的化学物质。但是,它并不总是便宜的。这些经▪•★过工程改造的大肠杆菌菌株必须吃稳定的糖饮食,从而增加▼▲了工作成本。

  因此,位于以色列雷霍沃特的魏兹曼科学研究所的合成生物学家罗恩米洛(Ron Milo)和他的同事们决定看看是否可以◇=△▲将大肠杆菌转化为自养生物。为此,他们重新设计了细菌新陈代谢的两个基本部分:它如何获取能量以及它用来生长的碳源。

  在能量方面,研究人员无法赋予细菌进行光合作用的能力,因为该过程太复杂了。相反,他们插入了一种酶基因,使微生物能够食用甲酸盐,这是最简单的含碳化合物之一,而另一种大肠杆菌则不能食用。然后微生物可以将甲酸盐转化为ATP,ATP是细胞可以使用的能量丰富的分子。这种饮食为微生物提供了使用第二批接收到的三种新酶所需的能量,所有这些酶均使其能够将CO2转化为糖和其他有机分子。研究人员还删除了细菌通常用于新陈代谢的几种酶,迫使其依靠新的饮食来生长。

  然而,这些变化最初并未产生能够依靠甲酸盐和CO2生存的细菌。研究人员怀疑这些营养物质仍被导向其自然代谢。因此,他们将一批工程化的大▷•▲★-●●肠杆菌放在了容器中,以使其能够仔细控制微生物的饮食。该团队首先从饥饿的饮食中摄取木糖(一种糖),甲酸盐和CO▲●…△2。这使微生物至少能够生存和繁殖。

  它还为进化奠定了基础:如果任何细菌后代获得了能够使其在这种饮食中壮成长的基因突变,那么它们将繁殖出比没有进化的后代更◁☆●•○△多的后代。研究人员也稳定地减○▲-•■□少了可用于微生物的木糖量。经过300天和数百代突变的大肠杆菌,木糖消失了。只有那些进化成自养生物的细菌才能存活。

  研究小组今天在《细胞》杂志上报告说,进化后的细菌总共吸收了11个新的基因突变,使它们得以生存而无需食用其他生物。Milo说:“它确实显示了惊人的进化,因为它可以改变细胞代谢等根本性的东西。”

  波士顿哈佛医学院的系统生物学家帕姆西尔弗(Pam Silver)说:“我为成功而向他们鞠躬,”他多年来致力于类似的项目。

  科学家先前已经开发出许多工具来操纵大肠杆菌的基因,从而产生出不同的化合物,例如药物和燃料。这意味着研究人员应该能够插入这些能吃掉甲酸的自养性大肠杆菌的变化,这很容易通过用水将CO2倒入水中而制得。结果,由风能和太阳★▽…◇能产生的甲酸盐可帮◆●◆■△▼●助工程细菌制造乙醇和其他燃料,或制造药物,例如抗疟药◇…=▲青蒿素。改头还不错。

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