自 19 世纪 40年代以来，出于经济性、可操作性等方面的考虑，大肠杆菌成为研究领域中首选的模式生物。尽管如此，基于大肠杆菌的培养和研究成本依然高昂，例如需要购买细菌、专用的培养设备等等。对此，康奈尔大学的研究人员创造了一种新版本的微生物，其能够以低成本、可扩展的方式打造合成生物实验的替代宿主。

　　该项工作由康奈尔大学生物与环境工程助理教授 Buz Barstow 领导，清华大学校友、化学与生物分子工程助理教授 Sijin Li 协助参与。基于该团队开发的工程化需钠弧菌（Vibrio natriegens）菌株与培养平台，无需专用设备即可进行质粒转化，并且整个过程可以在室温下完成。这种简化的方法显著降低了成本。

　　从培养时间上看，大肠杆菌仅仅 20分钟的倍增时间已经超越了大多数微生物。但需钠弧菌在最适环境下仅需要 10分钟就可以完成一倍扩增，这使得该类菌种极具时间成本效益。

　　“我们使用大肠杆菌只是因为我们最了解它，”哈佛遗传学家 Henry Lee 曾经表示。醉心于基因组研究的 Lee 常常苦于漫长的养菌过程，直到他与 George Church 合作发现了需钠弧菌（Vibrio natriegens）。

　　本次研究中，研究者将霍乱弧菌 tfoX 整合到基因组中创建了工程化菌株，并且发明了一种既支持生长又能够维持自然活性达数十小时的最小能力培养基（MCM）。这些进展使得简洁且低成本的质粒转化过程成为了可能。

　　图丨经改造的具有自然活性的需钠弧菌可以将质粒 DNA 直接添加到在 MCM 中生长的细胞中进行转化（来源：PNASNexus）

　　一些早期研究表明，需钠弧菌可以通过异源 tfoX 的质粒表达实现自然质粒转化（NPT）。本次研究中，研究者进一步针对该方法进行优化，使用工程化菌株结合使用醋酸盐作为能源的新型最低能力培养基（MCM），无需更换培养基即可实现交替生长和高效转化。

　　研究者指出，基于上述方法的整个转化过程更加简单且廉价，在完全室温的情况下转化效率可达104cfu/μg，而在仅需要培养箱的条件下转化率可达105−6cfu/μg。

　　特别值得强调的是，基于上述方法，研究人员首次实现以快速冷冻的方式保留需钠弧菌的自然活性，并且可以方便地解冻以供以后使用。

　　“它真的很容易生产，”本次研究的第一作者 David Specht 表示，“制造起来非常简单，那些资源有限的人——比如高中实验室、家庭发明家或初创生物企业——都可以利用需钠弧菌做一些想做的事。”

　　“作为科学家，我们通常并不确切地知道这些调控或分子序列应该是什么来实现我们的目标，”Barstow 对此表示，“因此，我们必须测试很多变体，而纳特里根弧菌使研究人员能够扩大测试过程。”

　　总体而言，康奈尔大学团队开发的工程化需钠弧菌为低成本和可扩展的合成生物学研究开辟了新的可能性。凭借其简单性、经济性以及无需特殊设备即可繁殖和转化质粒的能力，需钠弧菌能够适应于资金紧张的研究环境，并且应用于众多研究方向，例如蛋白质生产和简单的 DNA 组装等。

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