塔夫茨大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種轉(zhuǎn)基因酵母，可以更有效地消耗新的營(yíng)養(yǎng)素，木糖，使酵母更快地生長(zhǎng)和更高的細(xì)胞密度，從而提高了為工業(yè)設(shè)計(jì)新合成生物的明顯更快的前景。

在合成生物學(xué)中，細(xì)菌或酵母等生物可以在喂養(yǎng)養(yǎng)分時(shí)轉(zhuǎn)化為“小型工廠”，生產(chǎn)從藥品到工業(yè)化學(xué)品和生物燃料的各種產(chǎn)品。然而，一個(gè)主要挑戰(zhàn)是將豐富的原料有效轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品，特別是當(dāng)原料不是細(xì)菌或酵母通常“吃”的時(shí)候。

在這項(xiàng)研究中，研究人員指出，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)代謝途徑與應(yīng)激反應(yīng)，細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞生長(zhǎng)的下游途徑無關(guān)時(shí)，改變生物體以組成性地消耗新營(yíng)養(yǎng)素(即沒有“關(guān)閉開關(guān)”)的常規(guī)方法可導(dǎo)致效率低下。其他對(duì)機(jī)體健康有重要作用的功能。

采取不同的方法，研究人員采取了一組調(diào)節(jié)基因，稱為GAL調(diào)節(jié)子，通常處理半乳糖 - 酵母菜單中的一種營(yíng)養(yǎng)素 - 并用那些被激活的基因替代木糖的分解。GAL調(diào)節(jié)子中的所有其他基因均未改變。通過這樣做，他們保留了控制喂養(yǎng)的基因和控制生存的基因之間更自然的相互作用。新的合成調(diào)節(jié)子，稱為XYL，使酵母細(xì)胞生長(zhǎng)更快，細(xì)胞密度更高。

塔夫茨大學(xué)化學(xué)與生物工程助理教授Nikhil U. Nair博士說：“我們不是從頭開始構(gòu)建代謝框架，而是可以對(duì)現(xiàn)有的調(diào)節(jié)因子進(jìn)行逆向工程，使生物體能夠在新的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上生長(zhǎng)。”和本研究的通訊作者。“適應(yīng)天然調(diào)節(jié)因子可以大大加快工業(yè)應(yīng)用新合成生物的設(shè)計(jì)。”

一種這樣的應(yīng)用是生產(chǎn)乙醇作為生物燃料。人們擔(dān)心將大部分作物(如玉米)轉(zhuǎn)用于生物燃料生產(chǎn)可能會(huì)對(duì)糧食供應(yīng)的可獲得性和成本產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，木糖是衍生自植物材料的其他難以消化的部分的糖。發(fā)酵木糖的能力可以是生物燃料生產(chǎn)的途徑，不與食物供應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)。

作為研究的一部分，奈爾和他的團(tuán)隊(duì)仔細(xì)研究了木糖食用酵母菌的存活率的確切變化。他們發(fā)現(xiàn)在XYL調(diào)節(jié)子控制的酵母中激活了許多基因，這些基因上調(diào)了與生長(zhǎng)有關(guān)的途徑，如細(xì)胞壁維持，細(xì)胞分裂，線粒體生物合成和三磷酸腺苷(ATP)的產(chǎn)生。具有組成型(主要是不受調(diào)節(jié)的)木糖代謝控制的酵母菌株觸發(fā)了與細(xì)胞應(yīng)激，饑餓和DNA損傷相關(guān)的途徑。

“我們的研究將這種方法應(yīng)用于木糖，但它提出了更廣泛的原則 - 使天然調(diào)節(jié)劑適應(yīng)其他非天然糖和營(yíng)養(yǎng)素的有效同化，”Nair說。“大自然已經(jīng)完成了調(diào)整基因和代謝途徑到有機(jī)體環(huán)境的工作。讓我們?cè)诓藛紊弦胄碌臇|西時(shí)使用它。”