科學家成功用細菌作畫

這張彩色照片是由大腸桿菌繪製的。圖片來源：J. Fernandez-Rodriguez et al.

為了展示合成生物學的力量，研究人員將一種原始的彩色視覺設計到細菌當中，並讓這些微生物畫出了它們「看到」的景象。

轉基因大腸桿菌能夠感知到紅色、綠色和藍色（RGB）的光線，並且它們通過產生與各種顏色相應的色素加以響應。將光線投射到裝有這些細菌的培養皿上會使它們生成有顏色的「照片」，儘管這些照片的曝光時間長達18個小時。

主持這項研究的美國劍橋市麻省理工學院（MIT）的Christopher Voigt表示，對RGB敏感的轉基因大腸桿菌構成了一個玩具系統，而該系統可以作為一個更為複雜的生物學程序設計的墊腳石。Voigt將這些實驗得到的照片掛在了自己辦公室的牆上。科學家在最新出版的《自然—化學生物學》雜誌上報告了這一研究成果。

早在2005年，由Voigt率領的一個研究團隊便通過設計使大腸桿菌能夠對光線做出響應併產生一種黑色素，從而生成黑白圖像。這項研究需要將4個基因插入大腸桿菌，其中包括一個編碼采自一種藍藻細菌的光敏蛋白的基因，以及一個編碼一種使特定化學物質變黑的蛋白的基因。

RGB系統使用了18個基因，其中包括編碼光敏蛋白的3個基因。馬薩諸塞州波士頓市哈佛醫學院系統生物學家Pamela Silver表示：「在複雜性方面，它超越了原有的黑白體系。」

Voigt指出，更廣泛的目標是要找到在細菌中利用不同顏色的閃光開啟和關閉許多基因的方法。例如，研究人員可以通過使用光來阻止和啟動反應，從而使細菌產生符合要求的複雜分子。

Voigt表示，在大尺度上用光刺激微生物而不是將其暴露於特定的化學物質中可能會更加容易和廉價。他已經為自己的光敏系統起了一個吸引人的名字——迪斯科細菌。

大腸桿菌在相當長的一段時間內，一直被當作正常腸道菌群的組成部分，認為是非致病菌。直到20世紀中葉，才認識到一些特殊血清型的大腸桿菌對人和動物有病原性，尤其對嬰兒和幼畜（禽），常引起嚴重腹瀉和敗血症，它是一種普通的原核生物，根據不同的生物學特性將致病性大腸桿菌分為六類。

合成生物學是生物科學在21世紀剛剛出現的一個分支學科，近年來合成生物物質的研究進展很快。與傳統生物學通過解剖生命體以研究其內在構造的辦法不同，合成生物學的研究方向完全是相反的，它是從最基本的要素開始一步步建立零部件。與基因工程把一個物種的基因延續、改變並轉移至另一物種的做法不同，合成生物學的目的在於建立人工生物系統，讓它們像電路一樣運行。2003年，國際上將其定義為基於系統生物學的遺傳工程和工程方法的人工生物系統研究，從基因片段、DNA分子、基因調控網路與信號傳導路徑到細胞的人工設計與合成，類似於現代集成型建築工程，將工程學原理與方法應用於遺傳工程與細胞工程等生物技術領域。合成生物學、計算生物學與化學生物學一同構成系統生物技術的方法基礎。

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