光合細菌為生物學家提供了一種很酷的新工具
在地球上生存了27億年的光合細菌是萊斯大學生物工程師開發(fā)的一種新的有價值的生物調(diào)節(jié)工具的來源。集胞藻屬菌產(chǎn)生，其感測UV-紫色的存在的蛋白通路的光，并激活移動所述單細胞生物體成更安全的環(huán)境中的馬達蛋白。
該途徑對紫外線的反應很快，紫外線是光譜中的一個窄帶，包括長紫外和短紫色波長，并且對所有其他波段都是盲目的。這使得它成為水稻合成生物學家杰弗里塔博爾實驗室研究人員開發(fā)的不斷增長的光可逆光感受器套件的完美補充。塔博爾和研究生Prabha Ramakrishnan在美國化學學會期刊ACS Synthetic Biology上共同撰寫了一篇關于這項研究的新論文。
“人眼可以看到紫色到紅色的顏色，”Ramakrishnan說。“事實證明，海洋藻類 - 特別是這些傳感器來自的細菌 - 已經(jīng)發(fā)展到可以看到這些和其他顏色。”光遺傳學是一門相當新的學科，其中光激活的遺傳編碼的光感受器用于感知或控制分子生物學過程，如所需蛋白質(zhì)的表達。由于光線易于引導和控制，因此光感受器比響應化學提示的工具更易于使用。
萊斯大學的研究人員將光合細菌蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楣饪赡娴霓D(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，并將它們安裝在大腸桿菌細菌中進行實驗室測試。他們報告利用它們對具有高可預測性的基因表達信號進行編程。
被稱為UirS-UirR的蛋白質(zhì)途徑是唯一一種僅對紫外線紫外線作出反應的光遺傳學工具，它使生物學家能夠利用不會相互干擾的光活化蛋白編程電路，Tabor說。“生物系統(tǒng)受到眾多相互作用基因的調(diào)控，研究這些網(wǎng)絡需要多種光學交叉反應的光遺傳學工具，”他說。
光可逆通路可以通過暴露于紫外光而打開，并通過暴露于綠光而關閉，反之亦然，這取決于電路的設計方式。Tabor預計它們將成為為藥物制造和生物傳感器設計代謝途徑的科學家的有用工具。
新型傳感器提供電路設計的速度和多功能性。塔博爾說：“我們發(fā)現(xiàn)其他人開發(fā)的光傳感器需要兩個多小時才能打開或關閉，并對各種波長做出反應。” “這些方面對于研究和控制細菌過程并不理想。”
相比之下，紫外線紫外線傳感器可以在10分鐘內(nèi)打開或關閉，Ramakrishnan說。“這很好，因為生產(chǎn)蛋白質(zhì)或控制生物過程對于細胞來說可能是昂貴的。生產(chǎn)既不是細胞所必需的也不是你想要合成的產(chǎn)品的東西是浪費的。”
由于紫外線紫外線傳感器可以響應如此窄的光波長 - 從380納米到420納米 - 因此實驗室已經(jīng)開發(fā)出的紅色和綠色光反射工具不會產(chǎn)生串擾。“當這些在一個系統(tǒng)中組合在一起時，它們根本不會相互影響并快速打開和關閉這一事實將非常有用，”Ramakrishnan說。
這可以允許在細胞水平上“及時”制造。“理論上的工作表明，你可以通過這種方法對動力學進行建模并獲得更高的產(chǎn)品收益率，”她說。“只有在需要時才開啟流程，并在完成后將其關閉。“這就是我們看到這種技術的大量工業(yè)潛力的地方，”她說，“特別是對于藥物設計或生產(chǎn)任何種類的塑料中間體，例如，需要幾種不同的酶來制造它。”Ramakrishnan說她期待看到其他實驗室如何使用這一發(fā)現(xiàn)。“Jeff了解開發(fā)可靠工具的能力，”她說。“我們試圖為生物學家和科學家提供精心設計，充分表征的工具。我們希望其他人使用它。”
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