由美国麻省理工学院化学工程系Gregory Stephanopoulos教授领导的研究小组，通过基因转录重组细胞工程技术“gTME”，成功提高了酵母对乙醇和葡萄糖的耐受能力，从而显著提升了生物乙醇的生产速度和效率。该研究针对两种转录因子，其中转录因子SPT15是一种TATA结合蛋白，其突变导致相关基因过量表达，在表型上增强了乙醇耐受性。在21小时内，改造后的酵母比对照多产乙醇50%。研究结果发表在12月8日的《Science》杂志上。

目前，乙醇常被用作汽油的燃料添加剂，以提高燃烧性能，并被视为解决日益严重的石油能源危机的潜在方案。然而，乙醇生产面临重大障碍：高浓度乙醇对发酵玉米和其他植物材料的酵母具有毒性。通过操纵酵母基因组，研究人员培育出一种新型酵母菌株，能够耐受高浓度的乙醇和葡萄糖，同时比未改造的酵母更快地生产乙醇。

E85（含85%乙醇的燃料）等燃料在玉米丰富的州已变得常见，但其使用主要局限于中西部地区，因为玉米供应有限且乙醇生产技术效率不足。提高效率一直是一个难以实现的目标，但MIT研究人员采取了一种新方法。该研究的核心是操纵编码转录调控蛋白的基因，从而控制特定细胞中表达的基因谱。这些转录因子与DNA结合，开启或关闭基因，本质上控制细胞表达的特性。

传统上，改变生物体性状（表型）的遗传方法是改变影响该性状的基因表达。但对于受多基因影响的性状，逐一改变每个基因非常困难。而靶向转录因子则是一种更高效的方式。论文共同作者Stephanopoulos表示：“转录本的组成决定了细胞的行为，而这由细胞中的转录因子控制。”MIT研究人员首次采用这种新方法，类似于改变计算机的中央处理器（转录因子），而不是单个软件应用程序（基因），论文共同作者、MIT生物学教授Fink解释道。

在本研究中，研究人员靶向了两种不同的转录因子。他们发现，一种称为TATA结合蛋白的因子在三个特定位置发生改变后，导致至少12个基因过量表达，这些基因均被证实是提高乙醇耐受性所必需的，从而使该酵母菌株能够在高乙醇浓度下存活。由于涉及众多基因，通过传统方法逐一过表达单个基因来工程化高乙醇耐受性是不可能的，Alper指出。此外，识别完整的基因集也是一项非常艰巨的任务，Stephanopoulos补充道。

高乙醇耐受性酵母还表现出更快的发酵速度：在21小时内，新菌株产生的乙醇比正常酵母多50%。将这种方法应用于工业酵母以工程化类似的耐受性状，有望显著影响工业乙醇生产。工业乙醇生产是一个多步骤过程，酵母在其中扮演关键角色：首先，玉米淀粉或其他葡萄糖聚合物被酶分解为单糖（葡萄糖），然后酵母将葡萄糖发酵为乙醇和二氧化碳。

根据美国能源部的数据，去年美国从14.3亿蒲式耳的玉米谷物（包括玉米粒、茎、叶、穗轴、苞叶）中生产了40亿加仑乙醇。相比之下，美国消耗了约1400亿加仑汽油。