洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员开发了一种称为“光进化”的新方法，利用光来指导执行动态功能的蛋白质的进化，这些蛋白质可以通过遵循特定的“是/否”规则来执行简单的计算任务。该研究发表在《细胞》杂志上，将定向进化更接近于活细胞的实际运作方式，其中时间和切换与整体活动同样重要。为了测试他们的系统，科学家使用了酿酒酵母，重新设计了酵母细胞周期，使细胞分裂依赖于正在进化的蛋白质的行为。系统要求蛋白质在关闭和开启状态之间干净利落地切换。如果工程化蛋白质保持开启或关闭时间过长，酵母细胞就会停滞或死亡。只有包含在正确时间切换的蛋白质的细胞才能继续分裂。光通过光遗传学（一种用光激活或失活基因的方法）提供了对这种过程的外部控制，迫使蛋白质在状态之间交替。具有最佳切换行为的变体存活并增殖，允许系统自动选择具有改善动态的蛋白质，而无需手动筛选。

使用光进化，研究人员进化了几种不同类型的蛋白质。他们首先改进了一种常用的光控转录因子。研究团队产生了19种新变体，它们要么对光更敏感，在黑暗中活性更低，要么能够响应绿光而不仅仅是蓝光。工程化蛋白质响应比蓝光更暖的颜色长期以来被认为极具挑战性。研究人员还修改了一个红光光遗传学系统，使酵母细胞不再需要添加化学辅助因子。最后，研究团队证明光进化可以超越光感应蛋白。他们进化了一种转录因子，其功能类似于单个蛋白质计算机。只有当两个独立的输入（一个光信号和一个化学信号）同时出现时，这种蛋白质才会激活基因。

参考文献

Gligorovski, V., Rahi, S. J. et al. (2026). Light-directed evolution of dynamic, multi-state, and computational protein functionalities. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.002

该研究开发了一种结合了定向进化和光遗传学的新技术——“光进化”（optovolution），通过在活酵母细胞中将蛋白质的开关动力学与细胞周期进程耦合并施加光脉冲选择压力，成功进化出具有快速、清洁开关特性、新波长响应乃至双输入逻辑门功能的蛋白质变体。研究团队来自EPFL等机构。