通过利用进化的原理，研究人员有效地创造了能够进行光合碳同化、产生细胞能量并促进酵母生长的细菌和酵母杂交体，而不依赖于传统的碳源如葡萄糖或甘油。通过工程化光合蓝藻与酵母细胞共存，这些细菌-酵母杂交体能够合成重要的烃类，开辟了新的生物技术途径，以获取不依赖于石油的能源来源，以及在合成生物学和进化研究中的进一步应用。
“所有有核细胞都包含各种细胞器，包括线粒体和叶绿体，它们各自发挥不同的作用并拥有自己的DNA，”伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的化学教授安戈德·梅赫塔解释道，他领导了伊利诺伊研究团队。“多年来，科学家们推测，当这些类型的细胞通过一种称为内共生的过程融合时，复杂生命开始了。”
在之前的一项研究中，梅赫塔的团队证明了实验室创造的蓝藻-酵母杂交体或内共生体能够为酵母提供光合作用产生的ATP，但不提供糖。在他们最新的研究中，团队对蓝藻进行了工程化，使其分解糖并释放葡萄糖，随后将其与酵母细胞结合，形成能够在CO2环境中繁殖的杂交体，利用细菌产生的糖和能量。
该研究的结果已发表于期刊《自然通讯》。
凭借将非光合生物转化为光合杂交体的能力，团队集中探索如何利用这些嵌合体进行新的代谢途径的生物工程，以生产有价值的物质，如柠檬烯，这是一种存在于柑橘中的简单烃类。
“柠檬烯是一种相对简单但在较大市场中重要的分子，”梅赫塔指出，他还与卡尔·R·沃斯基基因组生物学研究所有关联。“这项概念验证研究表明，我们可以在我们的杂交体中设计途径，以光合方式生成柠檬烯，它属于一种称为萜类的分子，作为包括燃料和对抗癌症和疟疾的药物等众多高价值产品的前体。”
梅赫塔表示，他们对这项研究的抱负是探索他们的技术是否可以产生更复杂的化合物，如燃料和药品，如果可以的话，将这个过程扩展到商业可行性。
“我认为，能够确保高价值产品中的每一份碳都来自于CO2，会是非常棒的，”梅赫塔说。“这可能代表了未来回收CO2废物的一种方法。”
研究人员补充说，当他们努力更好地理解和精细化内共生系统以提升生物技术时，他们不可避免地将解决许多进化的基本问题。“无论我们的意图如何，这都会发生，”梅赫塔说。“我们一直在监测我们的努力如何可能澄清一些围绕生命进化的奥秘。我相信，开发内共生系统的最佳方法是在实验室模拟进化过程。对一些生物学中最重要的问题的答案将自然出现。”
伊利诺伊大学的研究人员杨乐高、杰森·库尔诺耶、比达汉·德、凯瑟琳·华莱士、亚历山大·乌拉诺夫和迈克尔·拉法诺也是这项研究的合著者。该研究得到了国家卫生研究院的支持。
