科学家发现了一组创造发光生物的酶

在白天，Neonothopanus nambi是一种相当不显眼的棕色真菌。但单调的外表背后隐藏着一个惊喜：在夜晚，真菌会发出幽灵般的绿色。Neonothopanus nambi是100多种发光蘑菇中的一种。亚里士多德记录了这种被称为生物发光的现象，当时他描述了发光的腐烂的树皮。现在，科学家们首次发现了一种生物化学途径，可以让生物发光真菌发光。但他们更进了一步：通过将产生光所必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。奥地利科学技术学院(奥地利IST)教授费奥多尔康德拉绍夫(Fyodor Kondrashov)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Ilia Yampolsky领导。

地面上的萤火虫和发光的蘑菇是巴西森林深处黑夜中能看到的少数东西之一。由于生物发光的过程，两者都像活的夜灯，这是自然现象。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。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，没有任何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物和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，有Fyodor Kondrashov、Louisa Gonzalez Somermeyer和他的前小组成员Karen Sarkisyan的参与，受到Neonothopanus nambi的启发。

科学家们发现了负责Neonothopanus nambi生物发光的关键基因。利用文库筛选和基因组分析，研究小组确定了有助于合成荧光素的酶。他们表明，真菌荧光素(生物发光反应的底物)与一种著名的代谢物咖啡酸(即真菌产生的代谢物)只有两步酶的距离。Kondrashov的团队对比了那些不发光的蘑菇，发现了1亿多年前基因复制是如何使生物发光发展的。Kondrashov说为什么它的进化还不清楚。“生物发光是有益的还是只是副产品？我们还不知道。有证据表明，这种发光会吸引传播孢子的昆虫。但我觉得没有说服力。

知道生物发光真菌如何发光，然后研究人员点燃非生物发光真核生物。将编码荧光素酶的基因与其他三个基因一起插入到新生嗜血杆菌中，基因的产物形成一条链，将代谢产物咖啡酸转化为反应底物，将荧光素酶转化到巴斯德毕赤酵母中，导致酵母发酵。“我们不提供让酵母发光的化学物质。相反，我们提供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，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，”康德拉绍夫总结道。"然而，可能需要几年时间才能看到这种植物路灯的设计. "

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