实验室中简单的人工进化造就了“太阳能酵母”

研究人员编辑了酵母的基因，使其成为光营养体--一种捕捉光线并利用光线产生能量的生物。植物当然是最著名的例子，但其他例子还包括藻类和某些类型的细菌。大多数情况下，这种能力是通过复杂的分子机制产生的，而将这种机制植入没有适当遗传背景的生物体中太麻烦了。

在这项新的研究中，研究小组给酵母提供了一种简单得多的工具--一种叫做"视紫红质"的蛋白质。它们不仅自成一体，而且其基因还可以通过一种叫做水平基因转移的过程，像交易卡片一样在生物体之间自然而然地传递。这种机制是抗生素耐药性等过程中的一个重要因素。

该研究的第一作者秋-彼得森（Autumn Peterson）说："在生命树上到处都能发现犀牛蛋白，显然是生物在进化过程中相互获取基因而获得的。"

研究小组从一种寄生真菌中合成了一种荷瘤蛋白基因，并将其植入酵母细胞中一种名为液泡的细胞器中。即使没有任何优化，酵母也能从光中产生能量，以补充其通常从氧气中获得的能量。在光照下，经过编辑的酵母比天然酵母的生长速度快约2%，而且比在黑暗中保存的经过编辑的酵母表现更好。

这项研究的通讯作者安东尼-伯内蒂（Anthony Burnetti）说："在这里，我们有一个单一基因，我们只是把它跨越上下文拽到一个以前从未有过光营养体的品系中，而它就是起作用了。研究报告的通讯作者安东尼-伯内蒂说："这说明，这种系统在新生物体中确实很容易发挥作用，至少有时是如此。"

研究小组表示，这项研究可以帮助科学家设计出更多高产的酵母菌株，用于从啤酒到生物燃料的各种用途。但他们的目标尤其是利用它来研究进化，特别是研究生命如何实现从单细胞到多细胞形式的巨大飞跃。去年，研究小组尝试了一些人工自然选择的方法，经过数千代的培育，酵母长大了2万倍，坚韧了1万倍，形成了群聚的菌落，开始显示出多细胞的一些特性。

该项目面临的主要挑战之一是为生长中的酵母提供足够的能量。氧气是酵母菌的主要能量来源，但随着酵母菌结构的不断增大，氧气的扩散也变得越来越困难。他们下一步的工作是尝试用趋光性酵母菌进行多细胞进化实验，看看是否有更多的能量生产选择能促进微生物的生长。

这项研究发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上。