Некоторые микроорганизмы, в том числе цианобактерии (сине-зеленые водоросли), подобно растениям, утилизируют энергию солнца посредством фотосинтеза. Известен и альтернативный механизм использования солнечного света с помощью протеородопсинов, похожих по строению и функциям на светочувствительные пигменты родопсины, содержащиеся в сетчатке глаза человека и животных. Если на протеородопсиновый комплекс падает луч света, формируется поток положительно заряженных протонов. Проходя через мембрану клетки, он создает электрический градиент, служащий источником энергии для некоторых бактерий.
Смена диеты: Бактерию научили питаться светом
Кишечную палочку научили питаться солнечным светом, встроив в ее хромосому гены морских микроорганизмов, кодирующих светочувствительный пигмент протеородопсин.
Кодирующий протеородопсин ген морских микроорганизмов был обнаружен в 2000 году. Совсем недавно ученые установили, что различные бактерии могут свободно обмениваться генетическими модулями, содержащими гены протеородопсина и необходимых для его функционирования ферментов. Воодушевленные тем, что для усвоения солнечной энергии бактерии достаточно одного строго определенного фрагмента ДНК, ученые под руководством Эдварда Делонга (Edward DeLong) встроили этот фрагмент в геном кишечной палочки, Escherichia coli. В результате появился штамм бактерий, способный существовать полностью за счет энергии света — в условиях дефицита питательных веществ они легко переходят с обычного типа метаболизма на усвоение энергии света.
Фрагменты ДНК, кодирующие родопсиновые протонные насосы, можно встраивать в геномы бактерий, использующихся для промышленного синтеза медицинских препаратов и других веществ белковой природы. Это позволит повысить производительность ферментативных систем за счет замены углеводов, использующихся в качестве питательного субстрата для бактерий, на освещение, либо использовать освещение в качестве «аварийного источника питания».