基因工程让微生物不需吃饭

这种改良的大肠杆菌可以像植物一样自养。资料来源:KWANGSHIN KIM

合成生物学家已经改造了一种通常以单糖为食的细菌，使其能够像植物一样通过吸收二氧化碳来构建细胞。这项工作可能导致工程微生物的产生，这些微生物可以从空气中吸收二氧化碳，并将其转化为药物和其他高价值的化合物。

加州大学伯克利分校的生物化学家戴夫·萨维奇没有参与这项研究。这一发现意义深远。这些进步可能“最终会改变我们教授生物化学的方式”

生物学家通常将生物分为两类:自养生物，如植物和细菌，它们主要利用光合作用将二氧化碳转化为糖和其他有机化合物。同时，异养生物(即人类和几乎所有其他生物)从它们消耗的生物中获得这种能量。

长期以来，合成生物学家一直试图改造植物和自养细菌。到目前为止，他们已经成功地获得了异养大肠杆菌。生产乙醇和其他所需化学品的成本比其他方法低得多。然而，它并不总是便宜的:这些改良的大肠杆菌必须吃稳定的糖，因此增加了成本。

因此，以色列魏茨曼科学研究所的合成生物学家罗恩·米洛和他的同事们决定看看他们能否将大肠杆菌转化为自养细菌。为了做到这一点，他们重新设计了细菌新陈代谢的两个基本部分:如何获得能量和用什么碳源来生长。

就能量获取而言，研究人员不能给细菌光合作用的能力，因为这个过程太复杂了。相反，他们植入了一种酶的基因，这种酶能让微生物吃甲酸盐。微生物可以将甲酸转化为三磷酸腺苷(一种富含能量的分子)。这种饮食为微生物提供了使用第二批三种新酶所需的能量——所有这些酶都能使微生物将二氧化碳转化为糖和其他有机物质。

研究人员还将几批改良的大肠杆菌放入容器中，以仔细控制微生物的饮食。研究小组从木糖、甲酸盐和二氧化碳开始。从那以后，研究人员一直在稳定地减少微生物可利用的木糖量。研究小组最近在《细胞》杂志上报道说，这些进化的细菌已经获得了总共11个新的基因突变，使它们能够在不吃其他生物的情况下存活。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.11.009