東京農(nóng)工大學(xué)2016年11月24日宣布，通過(guò)對(duì)源自藍(lán)綠藻的光傳感器蛋白質(zhì)實(shí)施改造，成功開(kāi)發(fā)出了以紅色光誘導(dǎo)基因表達(dá)的“人工光傳感器”。近年來(lái)，在生物能源相關(guān)物質(zhì)及醫(yī)藥品的生產(chǎn)等領(lǐng)域，使用生物的“生物工藝”變得愈發(fā)重要，可利用光合作用生產(chǎn)多種物質(zhì)的藍(lán)綠藻的能力備受關(guān)注。
以前研究小組成功開(kāi)發(fā)出了通過(guò)照射綠色光來(lái)控制藍(lán)綠藻基因表達(dá)的新型系統(tǒng)。該系統(tǒng)由感知綠色光的傳感器蛋白質(zhì)、從傳感器蛋白質(zhì)接受信號(hào)后激活的轉(zhuǎn)錄因子，以及被激活后的轉(zhuǎn)錄因子激活的啟動(dòng)子構(gòu)成。
傳感器蛋白質(zhì)由接受光的傳感器部分、轉(zhuǎn)錄因子激酶，以及連接兩者的線(xiàn)圈狀連接鍵部分構(gòu)成。傳感器部分接受綠色光后其構(gòu)造會(huì)發(fā)生變化，引發(fā)連接鍵扭曲，這時(shí)傳感器與酶會(huì)形成特定位置關(guān)系，隨后酶被激活，從而使轉(zhuǎn)錄因子激活。雖然在紅色光下酶不會(huì)被激活，但連接鍵長(zhǎng)且柔軟，因此位置關(guān)系搖擺不定，所以其控制并不嚴(yán)密。
此次研究小組通過(guò)調(diào)節(jié)連接鍵部分的線(xiàn)圈長(zhǎng)度，調(diào)整了傳感器與酶的位置關(guān)系，嘗試由此使傳感器蛋白質(zhì)對(duì)光的響應(yīng)及控制嚴(yán)密化。試制的人工光傳感器與通常情況相反，是在紅色光下使酶激活。估計(jì)此次是因?yàn)閭鞲衅髋c酶的位置關(guān)系與通常情況相反，才使酶對(duì)紅色光產(chǎn)生了反應(yīng)。另外，接合鍵變短后位置搖擺的情況減少，使酶活性的激活和失活能夠更利落地切換。
此次研究成果以利用DNA重組技術(shù)設(shè)計(jì)、創(chuàng)造具有全新功能的生物這一“合成生物學(xué)”理念為基礎(chǔ)。通過(guò)將此次獲得成功的、使利用光的基因表達(dá)控制功能發(fā)生改變的技術(shù)應(yīng)用到藍(lán)綠藻等可生產(chǎn)有用物質(zhì)的微生物中，有望使具有高功能的新型生物工藝的開(kāi)發(fā)得到迅速推進(jìn)。
此次研究項(xiàng)目是日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）推進(jìn)的戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)團(tuán)隊(duì)型研究（CREAT）的一部分，相關(guān)研究成果已于2016年11月24日（英國(guó)時(shí)間）刊登在英國(guó)科學(xué)期刊《科學(xué)報(bào)告》（ScientificReports）的在線(xiàn)版上。
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