这张彩色照片是由大肠杆菌绘制的。图片来源：J. Fernandez-Rodriguez et al.
为了展示合成生物学的力量，研究人员将一种原始的彩色视觉设计到细菌当中，并让这些微生物画出了它们“看到”的景象。
转基因大肠杆菌能够感知到红色、绿色和蓝色（RGB）的光线，并且它们通过产生与各种颜色相应的色素加以响应。将光线投射到装有这些细菌的培养皿上会使它们生成有颜色的“照片”，尽管这些照片的曝光时间长达 18 个小时。
主持这项研究的美国剑桥市麻省理工学院（MIT）的 Christopher Voigt 表示，对 RGB 敏感的转基因大肠杆菌构成了一个玩具系统，而该系统可以作为一个更为复杂的生物学程序设计的垫脚石。Voigt 将这些实验得到的照片挂在了自己办公室的墙上。科学家在最新出版的《自然—化学生物学》杂志上报告了这一研究成果。
早在 2005 年，由 Voigt 率领的一个研究团队便通过设计使大肠杆菌能够对光线做出响应并产生一种黑色素，从而生成黑白图像。这项研究需要将 4 个基因插入大肠杆菌，其中包括一个编码采自一种蓝藻细菌的光敏蛋白的基因，以及一个编码一种使特定化学物质变黑的蛋白的基因。
RGB 系统使用了 18 个基因，其中包括编码光敏蛋白的 3 个基因。马萨诸塞州波士顿市哈佛医学院系统生物学家 Pamela Silver 表示：“在复杂性方面，它超越了原有的黑白体系。”
Voigt 指出，更广泛的目标是要找到在细菌中利用不同颜色的闪光开启和关闭许多基因的方法。例如，研究人员可以通过使用光来阻止和启动反应，从而使细菌产生符合要求的复杂分子。
Voigt 表示，在大尺度上用光刺激微生物而不是将其暴露于特定的化学物质中可能会更加容易和廉价。他已经为自己的光敏系统起了一个吸引人的名字——迪斯科细菌。
大肠杆菌在相当长的一段时间内，一直被当作正常肠道菌群的组成部分，认为是非致病菌。直到 20 世纪中叶，才认识到一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性，尤其对婴儿和幼畜（禽），常引起严重腹泻和败血症，它是一种普通的原核生物，根据不同的生物学特性将致病性大肠杆菌分为六类。
合成生物学是生物科学在 21 世纪刚刚出现的一个分支学科，近年来合成生物物质的研究进展很快。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同，合成生物学的研究方向完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的做法不同，合成生物学的目的在于建立人工生物系统，让它们像电路一样运行。2003 年，国际上将其定义为基于系统生物学的遗传工程和工程方法的人工生物系统研究，从基因片段、DNA 分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域。合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成系统生物技术的方法基础。
来源：中国科学报/赵熙熙
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