在大肠杆菌中使用微生物Rhodopsins对质子运动力的双向光学控制
Kotaro Nakanishi1, Keiichi Kojima1,2, Yoshiyuki Sowa3
1Graduate School of Medicine, Dentistry and Pharmaceutical Sciences, Okayama University, Okayama 700-8530, Japan.
The journal of physical chemistry. B
|July 1, 2024
概括
科学家使用光驱动的质子在大肠杆菌中光学控制的质子驱动力 (PMF). 这种操纵改变了微生物运动和鞭毛电机扭矩,为PMF提供了新的见解.
科学领域:
- 微生物学 微生物学
- 生物物理学的生物物理.
- 合成生物学 合成生物学
背景情况:
- 质子驱动力 (PMF) 对于微生物机动性至关重要,为鞭毛电机旋转提供动力.
- 控制PMF是理解其多样化的生物作用的关键.
- 目前用于PMF操纵的方法缺乏精确的时间和空间控制.
研究的目的:
- 开发一种光感应系统,用于对大肠杆菌中的PMF进行双向控制.
- 研究PMF调制对鞭毛运动功能和细胞运动性的直接影响.
- 建立一种新的光遗传工具,用于研究微生物中的质子运输.
主要方法:
- 经过基因工程改造的Escherichia coli菌株表达光驱动的质子罗多素 (RmXeR和AR3).
- 利用照明驱动质子流入 (AR3) 或流出 (RmXeR),改变细胞内PMF.
- 进行了绑定细胞实验,以测量鞭毛电机扭矩,并评估暴露在光线下的运动性变化.
主要成果:
- 在照明时,RmXeR的表达导致了大肠杆菌运动率和鞭毛电机扭矩 (到28 pN nm) 的降低,相当于PMF增加了+146 mV.
- 在照明时,AR3的表达导致了大肠杆菌的运动性和鞭毛电机扭矩 (到1170 pN nm) 的增加,这相当于PMF下降了-140 mV.
- 证明成功的双向光学控制PMF,影响细胞能量状态和运动.
结论:
- 光驱动的质子罗多素能够精确,双向光学控制大肠杆菌中的PMF.
- 这种光遗传系统为剖析PMF在微生物生理学中的功能意义提供了一种强大的新方法.
- 开发的系统在基础研究和合成生物学中具有潜在的应用,用于操纵细胞能量.
