对咖啡因上瘾的大肠菌

甲基黄嘌呤(Methylxanthines)是常用的气管扩张剂,能鬆弛支气管和肺血管的平滑肌、刺激中枢神经、利尿、刺激胃酸分泌、抑制子宫收缩,对心脏收缩与心搏也有轻微增强作用。我们最熟悉的甲基黄嘌呤是咖啡因,咖啡因家族分子已广泛使用在食物与饮料中。结果,这些化学分子成为人群聚居地区排放的废水中最常见的汙染物质,都市附近的溪、河、湖表层很常见。因此,咖啡因可以当作人因环境冲击的指标分子。

咖啡因对许多生物都有毒。咖啡因汙染会改变自然界细菌社群的组成,抑制某些植物的发芽与发育。咖啡渣富含碳水化合物、蛋白质及其他营养物质,但是不适合做为农业与生物燃料的原料,就是因为其中有咖啡因。因此研发去除咖啡因的技术,把汙染物转化成有用的原料,是当务之急。而咖啡因家族分子并不全部都是神经兴奋剂,有的可以治疗气喘与早产婴儿的睡眠呼吸暂停症状,要是能开发出便宜的方法分解咖啡因家族分子,还可能降低开发新药的成本。

有些研究团队已经在土壤微生物中找到能够利用咖啡因分子的细菌,牠们把咖啡因当做碳、氮的来源,细菌Pseudomonas putida(CBB5)是其中之一 。牠们分解咖啡因分子的机转涉及4个基因,但是这种细菌消化咖啡因的效率并不高。

于是美国德州大学、爱荷华大学组成的团队把那4个基因转殖到大肠菌中,因为大肠菌是学界熟悉的细菌,容易操控。不过这个想法听来容易,实行起来却很困难。第一,必须先找出自然分解者CBB5消化咖啡因分子的整套机转。第二,还要确定那套机转在大肠菌里也能运作。因为每种细菌的细胞质都自成一个小宇宙,同一套机制在不同的细胞质中未必能同样运作。

总之这个团队成功了。他们製造出一种大肠菌,对咖啡因分子的瘾头特别大,消化效率非常高。这种大肠菌可以当作侦测咖啡因分子的侦测器,因为牠们只能在含有咖啡因分子的培养基上生长。
 

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