来自美国圣路易斯华盛顿大学的工程师团队研发了新的方法能够有效的提升生物能源、药品、化学原料等的产量。这种方法听起来和人类企业的经营有异曲同工之妙，那就是对每个“员工”细胞打分数，留下工作效率高的“员工”同时也淘汰懈怠的“员工”。
这项研究由工程学院环境能源及化学工程助理教授 Fuzhong Zhang 所领导，Zhang 的研究专长主要致力于利用系统生物学的方法发展生产生物能源、药物等化学原料的微生物系统。除此之外，他也着力于发展能够合成特殊产物的改造微生物，以及提升执行复杂工作的效率。
在这项研究中，Zhang 的研究团队发现了纵使是基因完全相同的微生物也有不同的“工作态度”，细胞的工作态度差异并不是来自随意的基因突变，而是一种生物中的“噪声（noise） ”，是自然产生的现象，无法去除或避免。但这样的问题除了导致生产效率降低之外，也产生许多不必要的资源浪费。因此，在这项研究中，科学家设计出一套系统能够使努力工作的细胞继续保持高度运作，而表现较差的细胞则被消除。
人类利用微生物的代谢系统来生产我们所需的化学物质，使得同样的细胞能够进行不同的制造过程，而在这项研究中，研究团队利用基因工程技术将同一品系的大肠杆菌转变成两种细胞，只有少数的会努力工作产生预期的化学物质，而大多数的细胞并不需要工作，却能够摄取工作细胞的养分。
不提供蛋白质给没产能的细胞
为了避免懈怠的细胞浪费太多的养分，研究团队研发了一种叫做 PopQC 品管工具，可以让勤奋的细胞留下来同时去除懈怠的细胞。科学家将感测器置入细胞中，借此感测细胞的工作效能。当感测器发现某个细胞制造了大量的产物，就会将这个细胞认定为勤奋的细胞，接着引导控制器制造能够让细胞生长的特殊蛋白质。反之，当感测器发现细胞的工作效率低落，就不会让控制器制造蛋白质，这些懈怠的细胞在不久后就会因为养分不足无法对抗环境中的抗生素而死亡。
研究团队将 PopQC 运用在两种改造的大肠杆菌品系之中，其中一种被设计来生产制造生物燃料或和成大分子化合物的原料游离脂肪酸，另一种则是被设计来生产可做为药品原料的氨基酸酪氨酸。PopQC 使得这两个品系的大肠杆菌群中最后都是以勤奋的细胞为多数，成功的使得游离脂肪酸及酪氨酸的总产量都提高了 3 倍之多。
PopQC 的运用范围十分广泛，在许多不同的生物合成途径或者不同的生物体内，只要能够让合适的感测器植入并且感测宿主的生产效率就能够运作。在生物学研究中生物体之间的工作效率差异所产生的偏差一直都是普遍存在的问题，PopQC 的设计虽然是为了解决这项问题而诞生，但未来或许能够启发其他领域的工作者，将这项设计的原理引入，改善系统效率。
这项研究成果 3 月 21 日发表于科学期刊 Nature Chemical Biology 网站。而 Zhang 也已经将这项设计原理，由圣路易斯华盛顿大学科技管理中心协助，提出专利申请。
- Exploiting nongenetic cell-to-cell variation for enhanced biosynthesis
- Cells that work hard stay alive, lazy cells die
（首图来源：phys.org）
