研究人员利用红光重新编程细菌基因活动

拜罗伊特大学的研究人员改变了细菌系统控制基因活动对红光的敏感性，并重新编程了它们对光刺激的分子反应。该研究结果发表在《自然通讯》上，为细菌的生物技术应用开辟了令人兴奋的可能性。

人们早已知道细菌不仅会引发疾病，而且在生物技术中也应用广泛。除了细菌生产蛋白质等长期应用外，经过适当配置的细菌最近在疾病诊断甚至治疗中也变得越来越重要。

未来可以设想一种方法，将细菌引导到身体的正确位置，以便它们在激活后能够有针对性地释放活性物质或产生蛋白质。

为了能够以这种方式利用细菌，使用可以穿透活组织的红光进行靶向激活是一个不错的选择。然而，这需要了解分子对光等外部刺激反应的基本原理。

拜罗伊特大学光生物化学工作组的研究团队通过这项研究，为理解和开发利用红光激活细菌的新方法做出了贡献。该小组还提供了细菌感官知觉的基本原理。

细菌必须不断适应不断变化的外部信号，如温度、pH值或光线。在分子水平上，这些适应通常通过添加或分离磷酸基团来实现。在许多细菌中，由光敏酶和调节剂组成的双组分系统通常负责这些过程。

在一些系统中，酶在红光下从调节器上切下磷酸基团;在黑暗中，酶将磷酸基团添加到调节器上。然后，调节器触发细菌中的进一步分子过程，例如基因活性的变化，这可用于生产几乎任何蛋白质。

拜罗伊特大学的研究人员修改了一种细菌双组分系统，从而表明细菌系统可以在对外界刺激的生理反应中进行特定的重新编程。

对于他们的模型系统，光生物化学工作组的博士生StefanieMeier和工作组负责人AndreasMöglich教授将双组分系统的感光单元替换为另一个。这使得双组分系统对红光的敏感度比原始系统高出十倍。

研究人员发现，对光的敏感性更高的原因是磷酸基团活性的改变：在经过修改的双组分系统中，磷酸基团在红光下比原始系统分裂得更快。这意味着即使在较低的红光强度下，该系统也会失活。

研究人员还改变了光敏单元与酶其余部分之间的连接(“接头”)的长度。他们发现，修改接头的系统在基因层面的光调节和信号响应方面与原始系统表现出了截然不同的特性。

在研究人员看来，所得到的具有更高敏感性和重编程活性的变体可作为合成生物学和生物技术应用的新工具。

“从该模型系统获得的结果对无数此类系统具有普遍意义，这些系统调节着重要的细菌反应，如发育、运动和传染性。此外，我们正在创建可直接用于生物技术的系统，该系统允许生产任何可被红光激活的蛋白质，”Möglich说。