细菌再度展现了惊人的生物可塑性。以色列科学家在实验室中设计出一种新大肠杆菌菌株，专吃二氧化碳而不是糖或其他有机分子来成长，这项技术可能在未来衍生“细菌工厂”，靠着细菌吸收二氧化碳来转化出高价值化合物。
生物学家习惯将世界上的生物分为两类来看：自营生物（autotroph）与异营生物（heterotroph），前者比如植物和一些细菌，主要利用光合作用将二氧化碳转化为糖和其他有机物质；后者则包括人类及其他多数物种，必须摄取现成养分来维持生存机能。
而合成生物学家多年来一直在尝试改造某些异营生物，希望可以让它们简单利用水和二氧化碳、产生有价值的化学物质及燃料。但到目前为止，能见较成功的案例只有大肠杆菌（学名：Escherichia coli），这是常见于人和动物肠道内的细菌，有时会引发食物中毒，改造后能拿来生产乙醇和其他化学品。
然而经过工程改造的大肠杆菌菌株必须稳定进食糖分才能好好工作，所以成本也没那么便宜。由以色列魏茨曼科学研究学院系统生物学家 Ron Milo 领导的团队，于是决定重新设计大肠杆菌新陈代谢的 2 个基本环节：它如何获取能量、以及让它成长的碳源。
从基本科学角度来看，科学家想知道让细菌饮食出现重大转变──从糖和有机化合物变成二氧化碳的成功性有多大、以及细菌 DNA 会如何突变以适应饮食环境改变。
2016 年时，Ron Milo 团队创造出可以消耗二氧化碳的大肠杆菌菌株，然而细菌饮食中二氧化碳只占一小部分，其余仍以“丙酮酸”有机化合物为大宗。
而在最新实验里，研究团队制造出另一种大肠杆菌菌株，可以完全以二氧化碳为主食。首先，研究人员尝试在大肠杆菌的基因中插入能让光合生物将二氧化碳转化为有机碳的酶，但发现此法对大肠杆菌不通，于是研究人员改插入另一个基因，能让细菌从甲酸盐（Formate）有机分子中收集能量。
强迫细菌改吃二氧化碳
即便如此，大肠杆菌刚开始仍拒绝将食物从糖转换成二氧化碳，为了调整细菌的饮食习惯，研究人员培养了改良菌株长达 1 年，这段期间只给予细菌少量的糖，其余都是高浓度二氧化碳──大概大气浓度的 250 倍，希望细菌可以进化出适应新饮食的突变。
200 天后，细菌内第一个完全以二氧化碳为能量来源的细胞诞生了；300 天后，那些以二氧化碳为主食的大肠杆菌菌株，生长速度已经超越无法消耗二氧化碳的大肠杆菌。
对进化为自营生物的大肠杆菌细胞基因组进行测序后，研究人员发现了 11 个突变。一组突变影响编码与碳循环相关酶的基因，一组突变在过去实验就观察过；还有一组是未知基因的突变。
这项研究首次成功转换了细菌生长所需的能量来源，想像你肠道内常见的大肠杆菌，可以像植物般活着。
大肠杆菌已被用于合成一些化学品的媒介，如胰岛素、人类生长激素。Ron Milo 表示，转变为自营生物的大肠杆菌将能协助制造更多产品，包括可再生燃料、食物、其他化学物质等，虽然他也表明这项工程不会太快商业化。
还要花好几年时间，我们才有机会看到自营大肠杆菌的真实应用。新论文发表在《细胞》（Cell）期刊。
- E. coli bacteria engineered to eat carbon dioxide
- This microbe no longer needs to eat food to grow, thanks to a bit of genetic engineering
- Laboratory-evolved bacteria switch to consuming CO2 for growth
（首图来源：shutterstock）
