Proteorhodopsin（變形菌視紫質）是多種海洋細菌中都擁有的光敏感性蛋白,。美國能源部Lawrence  Berkeley實驗室和加州大學伯克利分校的研究人員證明,，當環(huán)境中氧氣不足時，擁有Proteorhodopsin的細菌將改用太陽能完成重要的生命活動,。

        “我們的研究顯示Proteorhodopsin只有在特定環(huán)境中,，即細胞的呼吸能力被削弱時才彌補細菌的能量平衡，”研究人員Jan  Liphardt說,，“Proteorhodopsin如同一個細胞能量源,，通過捕獲光能彌補細菌呼吸作的不足。這種抵擋氧剝奪的能力可用于解釋為何如此多的海洋細菌表達Proteorhodopsin,。”Liphardt認為,，利用多種能源的細菌比利用單一能源的細菌，可能更適合生物能源產業(yè),。研究結果刊登于PNAS,，題為《Light-powering  Escherichia  coli  with  proteorhodopsin》。

        當proteorhodopsin編碼基因在2000年首度“亮相”于海洋細菌基因組時,，在生物界引發(fā)了不小轟動,，這項發(fā)現提示擁有proteorhodopsin的細菌也具有呼吸能力。

        后繼實驗證明proteorhodopsin是一個光驅動質子泵（light-driven  proton  pump），能夠傳送質子通過細胞膜,，以儲存電能,。在這一點上，proteorhodopsin與另一個蛋白——bacteriorhodopsin非常相似,，bacteriorhodopsin是生長在鹽池中的細菌彌補呼吸所用,。然而將含有proteorhodopsin的細菌暴露于陽光，proteorhodopsin并不起作用,。那么proteorhodopsin的實際作用是什么,？Kalmar大學Jarone  Pinhassi最近發(fā)現，光可刺激某些攜帶proteorhodopsin的海洋細菌生長,，說明某些細菌可以利用proteorhodopsin為能源,，彌補呼吸不足，但proteorhodopsin用哪種波長的光仍不清楚,。

        “我們認為,，如果你擁有可以捕獲兩種不同能源能量的系統(tǒng)，除去其中的一種能源,，很可能會增加對另外一種能源（的使用）,，”Liphardt說，“想象一個電容器,，如果容量已滿,，接通一組電池不會引起任何反應。但是當你清空電容器后再接通電池,，會有電流出現,。”

        為了觀察proteorhodopsin的作用，以及測量效果的大小,，Liphardt與其同事利用遺傳工程方法,，得到能夠表達光－敏感蛋白的Escherichia  coli, Walter說

        E.coli的能量代謝已經被研究透徹，是觀測proteorhodopsin活性的一個極好模型,?？梢酝ㄟ^氧損耗或者呼吸鏈毒物削弱細菌的呼吸作用。

        Berkeley研究人員操縱單一E.coli,，觀察其對質子動力（proton  motive  force,，pmf）光的反應?？缂毎さ馁|子的電化學潛力作為細菌所用能源,，除了其它功能外，驅動鞭毛回轉馬達,。“我們發(fā)現削弱E.coli的呼吸作用后,，如果對E.coli細胞進行光照,，它們根據光的顏色決定是游動還是停止，”Walter說,，“proteorhodopsin的吸收光譜在綠色波長處有峰,，細胞暴露于綠光后會游動，暴露于紅光后會停止,。”

        沒有呼吸毒素的情況下,，綠光對這些遺傳工程改造E.coli的鞭毛馬達不起作用。研究人員通過測量不同濃度毒素或者各種光照強度情況下單一細胞的pmf,，量化光驅動和呼吸鏈質子流之間的相關性,。在最高毒素濃度以及綠光源下，細胞運動速度平均上升70％,。對照組正常E.coli細胞,，對綠光源沒有反應,。

        接下來是摸索遺傳工程菌所吸收的最優(yōu)化光量,。研究人員首先鑒別proteorhodopsin的最有效形式，然后通過增加或減少關鍵基因,，對細菌的基因組進行改造,。