在生物世界中，基因表达如同生命乐章的音符，主导着发育、分化以及适应等重要过程。尽管基因表达的调控通常发生在转录阶段，但在下游的多个环节中，依然有着复杂的调节机制。细菌，作为我们研究基因表达的重要对象，其基因调控策略与真核生物有着显著不同。在工业微生物学和合成生物学等领域中，精确控制细菌基因表达不仅是基础需求，更是实现复杂生物技术应用的关键。过去，我们对细菌基因表达的调控大多集中在转录起始阶段。然而，科学家们逐渐认识到，调控基因表达的多种方式不仅限于转录层面，还可以在翻译等其他环节发挥作用。
在细菌中，基因表达的一个重要调控方式是通过mRNA的二级结构调节翻译起始。简单来说，mRNA中的某些结构可以封闭核糖体结合位点（RBS），从而阻碍翻译的进行，降低蛋白质的生成。例如，某些RNA结合蛋白可以通过结合特定的mRNA序列，抑制或激活翻译起始。这种机制为我们提供了丰富的工具，以更细致地调控基因表达。
近年来，光遗传学技术的发展为基因表达调控带来了新的可能性。光作为触发信号，可以非侵入性地、可逆地、精准地在时间和空间上调控基因表达。通过使用光敏受体，研究人员能够精确控制细菌基因表达，这一技术迅速成为合成生物学中的热门领域。与传统的转录调控不同，光控翻译调控提供了一种更精细、更灵活的基因表达调控方式。
然而，光遗传学在细菌基因表达中的应用仍主要集中在转录起始阶段。尽管这些方法在强度和多样性上表现出色，但如果能够在转录之后的翻译层面进行调控，将会进一步拓展光遗传学的应用范围。光控翻译调控不仅可以精细调控单个基因，还可以同时调控多个基因的表达，实现多层次的基因调控。
在这个背景下，来自德国拜罗伊特大学的Américo T Ranzani等人在Nucleic Acid Research杂志上发表了“Induction of bacterial expression at the mRNA level by light （光诱导细菌mRNA水平的表达）”提出了一种新型的光控基因表达策略，称为“核糖光控调节器”（riboptoregulator）。这一策略的核心在于利用NmPAL光受体通过蓝光诱导mRNA的重新折叠，从而解除mRNA结构对翻译起始的阻碍，显著上调基因表达。在实验中，他们通过优化这一系统，实现了高达30倍的基因表达上调效果。
Ranzani团队的这项研究展示了一种全新的基因表达调控方式：他们在mRNA的5′端加入了对翻译起始有抑制作用的顺式调控RNA（cis-RNA），然后利用NmPAL光受体在蓝光下特异性结合mRNA中的小发夹结构aptamer。这个结合过程解除顺式调控RNA对RBS的阻碍，从而促进翻译的启动。他们的这一“核糖光控调节器”策略不仅可以与现有的转录调控机制结合，还可以独立于这些机制，在mRNA层面实现更为精细的基因表达调控。
更令人惊喜的是，Ranzani团队进一步将这一策略与改进版的pAurora系统结合，成功实现了在蓝光条件下超过1000倍的基因表达上调，并且在黑暗条件下保持极低的基础表达水平。这一成果不仅为合成生物学中的多基因调控提供了新的思路，也为微生物生物技术和基础研究中的基因表达调控带来了更多的可能性。
总结来说，Ranzani团队的研究通过结合光遗传学与mRNA翻译调控，开创了一种新的基因表达调控方式。他们的“核糖光控调节器”策略为基因表达调控提供了新的维度，使得细菌基因表达调控变得更加精细和多层次。未来，这一策略有望在多种生物技术应用中发挥重要作用，成为光控基因表达调控领域的一颗新星。
