对酵母等微生物进行基因改造，用来生产人类所需的化合物，这样的生物合成技术已经常见。美国一项新研究说，将光遗传学技术与生物合成技术相结合，可以大幅提高生产效率。
光遗传学技术是一种操控细胞的方法，即把特定基因改造得对光敏感，然后用光来打开或关闭基因功能，影响细胞活动。该技术已对神经科学等领域产生重大影响，但用于调控生物合成中的细胞代谢还是首次。
美国普林斯顿大学最近发布的新闻公报说，该校研究团队用光控制转基因酵母，让酵母在“繁殖”与“劳动”两种状态之间及时切换，高效生产化工原料异丁醇，效率可达到以往方法的５倍。
异丁醇广泛应用于化工、汽车等多个领域。酵母具备合成异丁醇的能力，不过自然发酵时只会生产微量异丁醇，主要产物是乙醇和二氧化碳。转基因手段能增加异丁醇产量，但异丁醇对酵母有毒性，浓度超过一定水平就会导致菌群死亡。
研究人员给酵母植入一个经改造的光敏基因，使其对特定的蓝光敏感。在受到蓝光照射时，酵母会正常生长繁殖，分解葡萄糖生产乙醇，同时抑制异丁醇生产；而在撤除光照后，异丁醇生产线就会启动。让光照时间有恰当的间隔，就可以取得较高的异丁醇产量，同时维持菌群存活。
与采用化学物质调节的方法相比，光照的成本低、作用速度快，并且能在任意时刻打开或关闭光源，实现精确调控。研究人员希望将这一思路运用于其他微生物乃至人体细胞，帮助开发新的生物合成工艺或治疗手段。
相关论文已经发表在英国《自然》杂志上。（来源：新华网）
Optogenetic regulation of engineered cellular metabolism for microbial chemical production
Evan M. Zhao,Yanfei Zhang,Justin Mehl,Helen Park,Makoto A. Lalwani,Jared E. Toettcher& José L. Avalos
Abstract
The optimization of engineered metabolic pathways requires careful control over the levels and timing of metabolic enzyme expression1,2,3,4. Optogenetic tools are ideal for achieving such precise control, as light can be applied and removed instantly without complex media changes. Here we show that light-controlled transcription can be used to enhance the biosynthesis of valuable products in engineeredSaccharomyces cerevisiae. We introduce new optogenetic circuits to shift cells from a light-induced growth phase to a darkness-induced production phase, which allows us to control fermentation with only light. Furthermore, optogenetic control of engineered pathways enables a new mode of bioreactor operation using periodic light pulses to tune enzyme expression during the production phase of fermentation to increase yields. Using these advances, we control the mitochondrial isobutanol pathway to produce up to 8.49 ± 0.31 g l−1of isobutanol and 2.38 ± 0.06 g l−1of 2-methyl-1-butanol micro-aerobically from glucose. These results make a compelling case for the application of optogenetics to metabolic engineering for the production of valuable products.