科学家发现了一组创造发光生物的酶

白天，东北角雉是一种相当不显眼的褐色真菌。但单调的外表背后隐藏着一个惊喜：夜晚，真菌会发出幽灵般的绿色。纳姆比是100多种发光蘑菇之一。亚里士多德记录了这种被称为生物发光的现象，他描述了发光的腐烂的树皮。现在，科学家们第一次发现了允许生物发光真菌发光的生化途径。但他们走得更远：通过将产生发光所需的三种基因放入不发光的酵母中，他们创造了一种人工发光的真核生物。奥地利科学技术研究所(奥地利IST)教授费奥多尔康德拉肖夫是今天发表的研究报告的合著者。PNAS，由俄罗斯科学院生物有机化学研究所的伊利亚扬波尔斯基领导。

萤火虫和地上发光的蘑菇是在巴西森林深处的黑夜中为数不多的可以看到的东西。因为生物发光过程，两者就像生活中的夜灯，是一种自然现象。通过这种自然现象，一种叫做荧光素的物质在荧光素酶的帮助下被氧化发光。生物发光存在于许多物种中，从发光的蠕虫到深海鱼类。然而，到目前为止，除了细菌之外，没有生物知道荧光素产生的生化途径。这种知识的缺乏阻碍了让动植物等高等生物发光的尝试。现在，由Ilia Yampolsky领导的12个不同机构之间的国际合作，在Fyodor Kondrashov、Louisa Gonzalez Somermeyer和他的前团队成员Karen Sarkisyan的参与下，Neonothopanus nambi大放异彩。

科学家已经发现了新刺楸生物发光的关键基因。利用文库筛选和基因组分析，该团队确定了有助于合成荧光素的酶。他们表明，作为生物发光反应底物的真菌荧光素，距离一种名为咖啡酸的著名代谢物(即真菌产生的代谢物)只有两步的酶程。Kondrashov的团队比较了那些没有发光的蘑菇，发现了基因复制是如何在1亿多年前使生物发光发展的。康德拉肖夫说，为什么它的进化仍然不清楚，“生物发光是有益的还是只是一种副产品？我们还不知道。有证据表明这种发光会吸引散布孢子的昆虫。但我觉得不太有说服力。

了解了生物发光真菌是如何发光的，然后研究人员点亮了非生物发光的真核生物。编码荧光素酶的基因与其他三个基因一起被插入到新生嗜血杆菌中，该基因的产物形成一条链，该链将代谢物咖啡酸转化为反应底物，并将荧光素转化为酵母毕赤酵母，导致酵母菌落的发酵。“我们不提供使酵母发光的化学物质。相反，我们提供了将酵母中已经存在的代谢物转化为光所需的酶，”Kondrashov解释道。

这一发现可以广泛应用于组织，组织通过点亮产生光的动物和植物来报告其生理变化。“如果我们想到发光植物取代路灯的科幻场景——就是这样。这是一个可以实现这一目标的突破，”Kondrashov总结道。“然而，可能需要几年时间才能看到这样的植物路灯被设计出来。”

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