清新科學：攸關性命的酵母

包子、饅頭、油條……大部分美味的中式餐點都必須通過酵母菌發酵才能做成。酵母是一種單細胞菌類生物，在它的參與下，死面才能發起來。死面變成了發麵，才能做成各種美食，包括麵包、蛋糕、漢堡、披薩等。假如沒有酵母，生活中會缺少多少美味？

事實上對人類而言，酵母不僅關乎美味食物，它還是性命攸關的一樣東西。我們應該對這種簡單的有機生命抱有感激之情。

減輕痛苦

阿片類藥物又稱類鴉片藥物，利用罌粟提取物而製成，可以有效緩解疼痛，但同時這類藥物還可以被當做致幻劑，使人產生幻覺和快感，這就造成了阿片類藥物的泛濫並致人死亡。在美國，1999年至今，因阿片類處方藥物（如羥考酮、美沙酮藥物）而死亡的案例已經翻了兩番。

這種情況令人擔憂。不過，科學家發現，酵母似乎可以替代阿片類藥物，這為人類解決止痛藥的兩難困境提供了解決方案。2015年，美國斯坦福大學科學家使用轉基因酵母菌，把葡萄糖轉化成了一種流行的阿片類藥物。以此為基礎，科學家從植物、細菌甚至老鼠身上提取了23種基因，然後將它們拼接組合成三種轉基因酵母菌。這三種酵母菌分工協作相互配合，好像流水線生產一樣，共進行了15種化學反應，就把葡萄糖轉化為一種止痛的藥物成分。換句話說，酵母菌「發酵」出了阿片類藥物。

基於這樣的實驗，理論上只要不斷探索轉基因技術，科學家就可以「設計」出更完美的酵母，使其發酵出理想的止痛藥物，既能緩解疼痛，又不會上癮；科學家也可以把所有的關鍵基因都融入一類菌種，這樣它就能單獨進行所有的發酵反應。

不過，科學家還需提高這種酵母菌的發酵效率，使其能發酵出更多的止痛藥物，因為目前的情況是，16656升轉基因酵母生產的止痛藥才只有單劑量大小。

細胞工作流程圖

2016年9月，加拿大多倫多大學的科學家發表了一份最全面的細胞基因網路圖。這使人們對細胞的基本組成部分和功能構造又增進了許多了解，尤其是酵母在其中的巨大作用。

酵母共有約6000個基因，大多數都能在人體內找到。科學家便以酵母基因為著眼點，開始繪製人類基因功能圖譜。結果發現，酵母的作用非常重要，它在各個細胞中的功能，就好比一家大公司的不同部門一樣，協調配合從而供給細胞營養。也因此，科學家得以繪製出細胞工作的流程圖。流程圖顯示，在酵母的參與下，細胞的工作層次分明，等級清晰。

在繪製細胞工作流程圖的過程中，科學家還發現，對於癌症、遺傳病等頑疾，可以利用「合成致死」作用來實現治病的功效。由於基因突變等因素，基因會發生某種缺陷。當出現一種基因缺陷時，細胞不會死亡，但是當兩種或更多基因缺陷同時出現時，細胞就會死亡，這叫做「合成致死」。

出現一種基因缺陷，細胞雖不會死，但卻導致病變，這也是很多頑疾的成因。科學家試圖研製一種藥物，使其與病變細胞已有的缺陷基因相匹配。當藥物進入人體細胞，就相當於細胞內出現了兩種基因缺陷，這就會導致合成致死，從而殺死細胞，達到治病效果。這是一種間接但有效的治療方式。

未來，一旦科學家繪製出人類20000個基因相互作用的圖譜，就會大大有利於治療頑疾固症。屆時，參考這個圖譜，醫生就可以把引起病變的變異細胞、缺陷基因作為目標，給予精確打擊和治療，同時還能保留其他的健康細胞。這些美好的藍圖，都是從酵母研究開始的。

細胞自噬機制

2016年，日本科學家大隅良典獲得了諾貝爾醫學和生理學獎，主要就是獎勵他在細胞自噬機制方面的研究發現。細胞的自噬機制，就是細胞對代謝物質怎樣分解、回收、再利用的過程，這相當於細胞進行自我打掃和清理。如果沒有這個機制，細胞里會積累很多廢物，並導致許多疾病。

早在20年前，大隅良典已經開始研究人類細胞的自噬機制，最後他終於發現了驅動細胞自噬機制的關鍵基因就在酵母裡面。這一發現也幫助其他科學家發現了哺乳動物體內具有類似功能的基因。今天，科學家在動物身上實驗，將這些基因從細胞中移除，測試它們的功能，結果顯示自噬機制在癌症和神經系統疾病中也發揮著重要作用。

新設計的酵母

2014年，科學家成功合成了一段酵母染色體。酵母染色體共有16條，雖然只合成了3條，但也是偉大的成就。因為真核（細胞核被核膜包裹）生物的染色體非常複雜，這是人類第一次合成完整的真核細胞染色體，之前科學家只合成過細菌（無核膜包裹）的染色體。

這次合成酵母染色體，科學家是從零開始「設計」的，既沒有從其他細胞組織提取粘接，也沒有截取限制某些基因。這種合成方法，可以使科學家更精確地了解其功能。當成功合成第一條染色體後，科學家就展示了酵母的工作機制。然後通過調整染色體的設計，科學家就能控制酵母菌的生長速度。

經過不斷改進，隨著合成技術的提升，這種新設計的酵母菌將會更加出色，合成藥物（如止痛藥）的效率將得到提升，也能發酵生產出口味更醇香的啤酒，或許是我們從未喝過的呢。

現在，科學家正致力於設計併合成酵母所有的16條染色體。

養活世界

現在為了養活地球上日益增多的人口，也為了緩解全球變暖的壓力，科學家希望深入了解植物生長最微小的細節，從而最大限度地提高糧食產量，改善植物對氣候的調節作用。

全球生態系統的重要一環就是植物，而在植物的生長過程中，酵母發揮著關鍵作用。2015年，科學家從豆科農作物的土壤中提取出538種酵母菌，檢測後發現這些菌株中的大部分都能抑制病原真菌的生長。還有科學家發現，如果在土壤里添加酵母菌株，能改善植物的營養狀況，並且在早期生長階段，能提升植物的生長活力。科學家正在研究新方法，用酵母來合成生物肥料，這將有明顯的成本效益。

而且科學家還在研究，怎樣使每一株酵母菌都能促進植物的健康生長。2016年9月，藉助轉基因酵母，科學家對植物的生長進行了檢測，研究重點就是植物基因、蛋白質對生長素起什麼反應。因為生長素是一種最普遍的植物激素，如果植物對生長素的反應不正常，則可能意味著這株植物面臨嚴重的生長障礙。

這些研究，必能幫助科學家揭示植物生長素的作用原理，並有助於科學家改善生長素的作用效果，使植物生長代謝更健康，也使農作物更高產。

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