光合细菌为生物学家提供了一种很酷的新工具

在地球上生存了27亿年的光合细菌是莱斯大学生物工程师开发的一种新的有价值的生物调节工具的来源。集胞藻属菌产生，其感测UV-紫色的存在的蛋白通路的光，并激活移动所述单细胞生物体成更安全的环境中的马达蛋白。

该途径对紫外线的反应很快，紫外线是光谱中的一个窄带，包括长紫外和短紫色波长，并且对所有其他波段都是盲目的。这使得它成为水稻合成生物学家杰弗里塔博尔实验室研究人员开发的不断增长的光可逆光感受器套件的完美补充。塔博尔和研究生Prabha Ramakrishnan在美国化学学会期刊ACS Synthetic Biology上共同撰写了一篇关于这项研究的新论文。

“人眼可以看到紫色到红色的颜色，”Ramakrishnan说。“事实证明，海洋藻类 - 特别是这些传感器来自的细菌 - 已经发展到可以看到这些和其他颜色。”光遗传学是一门相当新的学科，其中光激活的遗传编码的光感受器用于感知或控制分子生物学过程，如所需蛋白质的表达。由于光线易于引导和控制，因此光感受器比响应化学提示的工具更易于使用。

莱斯大学的研究人员将光合细菌蛋白转变为光可逆的转录调节因子，并将它们安装在大肠杆菌细菌中进行实验室测试。他们报告利用它们对具有高可预测性的基因表达信号进行编程。

被称为UirS-UirR的蛋白质途径是唯一一种仅对紫外线紫外线作出反应的光遗传学工具，它使生物学家能够利用不会相互干扰的光活化蛋白编程电路，Tabor说。“生物系统受到众多相互作用基因的调控，研究这些网络需要多种光学交叉反应的光遗传学工具，”他说。

光可逆通路可以通过暴露于紫外光而打开，并通过暴露于绿光而关闭，反之亦然，这取决于电路的设计方式。Tabor预计它们将成为为药物制造和生物传感器设计代谢途径的科学家的有用工具。

新型传感器提供电路设计的速度和多功能性。塔博尔说：“我们发现其他人开发的光传感器需要两个多小时才能打开或关闭，并对各种波长做出反应。” “这些方面对于研究和控制细菌过程并不理想。”

相比之下，紫外线紫外线传感器可以在10分钟内打开或关闭，Ramakrishnan说。“这很好，因为生产蛋白质或控制生物过程对于细胞来说可能是昂贵的。生产既不是细胞所必需的也不是你想要合成的产品的东西是浪费的。”

由于紫外线紫外线传感器可以响应如此窄的光波长 - 从380纳米到420纳米 - 因此实验室已经开发出的红色和绿色光反射工具不会产生串扰。“当这些在一个系统中组合在一起时，它们根本不会相互影响并快速打开和关闭这一事实将非常有用，”Ramakrishnan说。

这可以允许在细胞水平上“及时”制造。“理论上的工作表明，你可以通过这种方法对动力学进行建模并获得更高的产品收益率，”她说。“只有在需要时才开启流程，并在完成后将其关闭。“这就是我们看到这种技术的大量工业潜力的地方，”她说，“特别是对于药物设计或生产任何种类的塑料中间体，例如，需要几种不同的酶来制造它。”Ramakrishnan说她期待看到其他实验室如何使用这一发现。“Jeff了解开发可靠工具的能力，”她说。“我们试图为生物学家和科学家提供精心设计，充分表征的工具。我们希望其他人使用它。”