设计师植物可以帮你洗衣服

据美国疾病控制与预防中心称，烟草是世界上最致命的植物，每年造成 700 多万人死亡。但在本周发布的一项新研究中，康奈尔大学和伊利诺伊大学的研究人员利用基因工程为这种植物物种开辟了新方向。烟草植物不仅可以产生致癌物质，还可以生产洗衣粉的配料，而且比制造商现在的成本要低得多。

科学研究通常是一个令人沮丧的过程，充满乏味和挫折。但有时实验结果会比预期的更好。例如：在他们的新研究中（上周发表在《自然植物》杂志上），研究人员取得了如此出色的成果，以至于他们用“非凡”一词来形容这些成果。为了给烟草赋予新的功能，工程师们将一种在叶绿体中产生酶 Cel6A 的细菌基因插入到植物中。

与许多植物酶一样，Cel6A 和其他纤维素酶（之所以这样称呼，是因为它们能分解纤维素，即植物细胞的外壁）擅长分解较大的化合物。Cel6A 在洗衣粉中非常有用，它们可以分解我们的污渍。这个想法是重新设计烟草植物，使其产生大量的酶，将其分离出来，然后用它制作洗衣粉。

从以前的研究中，研究人员已经知道烟草植物能够在室内有效地产生这些酶。现在，他们想弄清楚它们在室外的表现如何。因此，在新的研究中，他们测试了转基因烟草在远离实验室的田野外生长情况（如果这个想法得以实现，烟草将在那里种植），并暴露于正常植物必须应对的变量，如雨水、高温、昆虫袭击和感染。他们发现，户外环境与设计植物出奇地相符，绿色植物产生的 Cel6A 比研究人员预测的要多。尽管它们产生的蛋白质仍然比在温室和生长室中略少。

加州大学洛杉矶分校分子植物生物学专业退休教授伊莱恩·托宾 (Elaine Tobin) 表示，该实验提供了一种经济高效的 Cel6A 制造方法。“他们有一个很棒的想法，并最终将其付诸实践。”

本文作者之一、康奈尔大学生物与环境工程学教授贝丝·阿纳 (Beth Ahner) 于 2009 年从一组法国科学家那里获得了测量额外转基因蛋白质如何影响烟草正常生长的想法。当时，法国烟草植株的 Rubisco 较少，这是一种帮助植物在光合作用过程中捕获二氧化碳的关键酶。“这项早期研究激发了我们的好奇心，想知道当植物承受这种负担时会发生什么，”她说。她开始与一名研究生合作，看看他们能否生产出一种可用于生物燃料生产的蛋白质。当博士候选人詹妮弗·施密特 (Jennifer Schmidt) 出现并对这项研究感到好奇时，他们决定研究 Cel6A。

Ahner 表示，他们从一种常见的堆肥细菌 Thermobifida fusca 中获取了用于这项研究的基因。目前，洗衣制造商通过微生物生物反应器生产洗衣粉中的酶：大型旋转大桶，里面装满产生 Cel6A 的细菌。科学家必须使用某种生命形式（无论是细菌、植物还是动物）来生产转基因生物，而每种方法都有一些缺点。研究人员使用的第一个生物是细菌，它制造了人类胰岛素，并于 1982 年首次正式出售。但细菌需要无菌环境，这意味着科学家必须使用昂贵的清洁设备和耗时的预防程序。动物是另一种选择，但它们有神经系统，这会导致一系列道德和后勤问题。

然而，植物几乎不会将疾病传染给人类，而且人类拥有一万多年的植物学经验。美国还有大量空间专门用于烟草生产。研究小组还设置了许多保护措施，以确保转基因植物不会与其他植物混合。他们在植物繁殖前就将其移除。即便如此，大多数叶绿体（转基因植物中酶产生基因所在的位置）都会通过母系传递，因此即使花粉（即植物精子）繁殖，也不会将变化传递下去。

既然研究人员知道他们可以高效地制造 Cel6A，施密特说，他们的下一个目标是将其标准化。要做到这一点，她想从分子水平上了解这个过程。虽然烟草植物产生的蛋白质总体上比预期的多，但有些植物的产量比其他植物多。施密特说：“我这个项目最后部分的目标是消除猜测。我们能否简化这个过程，让这个项目在未来更快一些？”

Ahner 表示，实验室可能还会研究其他酶，这些酶可以发挥完全不同的功能。她暗示，业界可能正在秘密研究这一过程，并希望确保公开记录。“我们希望，如果有公司在该领域进行研究，他们将从我们的工作中受益。”

大多数科学家对实验挑战的回答都很冗长，但施密特表示，几乎每一步都按计划进行。阿纳表示同意。“在某种程度上，这些都是相当偶然的情况。”