麻省理工学院科学家与西班牙同事合作，发现并绘制出一种感光蛋白图谱；这种蛋白利用维生素B12执行基因调控等关键功能。
这一发现源自对以下细菌蛋白质的研究： Thermus thermophilus研究成果至少包含两项广受关注的发现。首先，它拓展了我们对维生素B12生物学作用的认识。此前人们已知维生素B12有助于将脂肪转化为能量，并参与大脑形成；如今，它又被发现是光感受器蛋白的关键组成部分——这些结构使生物体能够感知光线并作出反应。
其次，研究揭示了一种新的基因调控方式，其中感光蛋白发挥着关键作用。科学家指出，细菌重新利用了原有的、使用维生素B12的蛋白质结构，并赋予它们新的用途。
“大自然借用的不只是这种维生素，实际上还借用了整套酶单元，并对其进行了改造……使之成为光传感器。”麻省理工学院化学与生物学教授凯瑟琳·德伦南说。
研究结果本周发表于期刊 《自然》。 论文描述了光感受器的三种不同状态：处于黑暗中、与DNA结合，以及受到光照之后。
德伦南说：“能够获得这一系列结构，并了解它在每个阶段如何运作，真是太棒了。”
论文共有九位共同作者，包括德伦南；麻省理工学院研究生陈阳廷（Percival Yang-Ting Chen）、马可·约斯特和姜均勋；马德里罗卡索拉诺物理化学研究所的Jesus Fernandez-Zapata和S. Padmanabhan；以及西班牙穆尔西亚穆尔西亚大学的Monserrat Elias-Arnanz、Juan Manuel Ortiz-Guerreo和Maria Carmen Polanco。
研究人员结合使用X射线晶体学技术和体外分析来研究这种细菌。德伦南从研究生阶段起便一直研究利用维生素B12的酶。她强调，所有共同作者都完成了这项研究的关键部分。
约斯特通过晶体学确定了这些结构的形状。德伦南指出，西班牙研究人员“完成了所有对照实验，以证明我们的思路确实正确”，此外还开展了其他工作。
通过研究光感受器蛋白在三种状态下的结构，科学家对这些结构及其功能有了更全面的了解；如果只观察蛋白质的一种状态，他们就无法获得这样的认识。
微生物和许多其他生物一样，也会受益于了解自己身处光明还是黑暗。黑暗中，光感受器会与DNA结合，并阻止与以下细菌基因相关的活动： Thermus thermophilus。 光线照射到微生物时，德伦南称，光感受器结构会裂解并“散开”，随后细菌开始产生类胡萝卜素，保护生物体免受阳光的有害影响，例如DNA损伤。
研究还表明，光感受器与DNA结合的具体方式是新发现。这些结构包含四聚体，即由四个蛋白质亚基组成的结构，其中恰有三个与遗传物质结合——德伦南说，这让她感到意外。
德伦南说：“这就是科学最精彩的地方。你会看到某种新现象，然后觉得它可能没那么新奇，但你做了实验之后，[发现它确实如此]。”
其他科学家也认为这项发现意义重大。读过这篇论文的密歇根大学生物化学荣休教授罗韦娜·马修斯说：“这是一个令人非常振奋的进展。”谈及维生素B12及其衍生物腺苷钴胺的新用途，马修斯补充说：“此前人们对它的多功能性知之甚少。”
德伦南补充说，从长远来看，这项发现可能具有实际应用，例如设计由光控制的DNA转录，或开发可控的蛋白质间相互作用。
德伦南说：“我很想……思考这项发现是否可能有实际应用。”
本文与 麻省理工学院新闻合作发布。本文的发布并不代表世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：彼得·迪齐克斯为麻省理工学院新闻撰稿。
图片：深夜，在里昂市中心举行的灯光节彩排期间，艺术家塞韦琳·方丹创作的《白炽》装置作品中一只巨型白炽灯泡的景象。路透社/罗贝尔·普拉塔
