基因工程讓微生物不需吃飯—新聞—科學網
2020-12-01 科學網 
這種改良大腸桿菌能像植物一樣自養。 圖片來源：KWANGSHIN KIM
合成生物學家改造了一種通常以單糖為食的細菌，使其像植物一樣能通過吸收二氧化碳構建細胞。這項工作可能會催生出能從空氣中吸收二氧化碳並將其轉化為藥物和其他高價值化合物的工程微生物。
未參與該研究的加州大學伯克利分校生化學家Dave Savage不是，這一發現意義深遠，這些進步可能「最終改變我們教授生物化學的方式」。
生物學家通常把生物體分成兩類：一類是自養生物，如植物和細菌，它們主要利用光合作用將二氧化碳轉化為糖和其他有機化合物。與此同時，異養生物（也就是人和幾乎所有其他生物）從它們所消費的生物體中獲得這些能量。
長期以來，合成生物學家一直試圖通過改造植物和自養細菌，到目前為止，他們已經成功地獲得了異養大腸桿菌，其生產乙醇和其他所需化學物質的成本比其他方法要低得多。然而，它並不總是便宜的：這些改造過的大腸桿菌必須以穩定的糖為食，從而增加了成本。
因此，以色列魏茨曼科學研究所合成生物學家Ron Milo和同事決定看看是否能將大腸桿菌轉化為自養菌。為了做到這一點，他們重新設計了這種細菌新陳代謝的兩個基本部分：如何獲得能量，以及用什麼來源的碳來生長。
在能量獲取方面，研究人員不能給細菌進行光合作用的能力，因為這個過程太複雜了。取而代之的是，他們為其植入了一種酶的基因，這種酶能使微生物吃甲酸鹽。微生物可以將甲酸轉化為ATP（一種能量豐富的分子）。這種飲食為這種微生物提供了所需的能量來使用第二批3種新酶——所有這些酶都能使微生物將二氧化碳轉化為糖和其他有機物質。
研究人員還將幾批經過改造的大腸桿菌放入容器中，以便仔細控制這種微生物的飲食。研究小組開始時是用木糖、甲酸鹽和二氧化碳進行餵養。之後，研究人員還穩步減少了微生物可獲得的木糖的數量。研究小組近日在《細胞》上報告說，這些進化的細菌總共獲得了11種新的基因突變，使它們能夠在不吃其他有機體的情況下生存。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.11.009
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