酵母细胞产生乙醇一直被科学家认为是一种能量的“浪费”。2018年1月7日《自然-代谢》报道，荷兰格罗宁根大学对此给出了不同的见解，研究表明酵母细胞产生乙醇作为“安全阀”，防止代谢过程超过临界水平。这一发现也可以解释癌细胞通过Warburg效应产生乳酸的现象。
细胞利用葡萄糖等营养素提供生命活动所需的能量。然而，酿酒酵母却将部分葡萄糖分解成乙醇而不是二氧化碳。类似地，快速生长的癌细胞分泌乳酸也被认为是一种能量的浪费。生物进化为什么没有结束这种资源的浪费，生物学家试图找到它存在的理由。
新陈代谢是一种复杂的化学反应网络，可为新细胞提供构建模块。研究者假设细胞有一个新陈代谢的速率上限，他们建立了细胞Gibbs能量耗散模型，模拟细胞中发生的所有化学反应所释放的能量。将热力学融入这个包含1000多个化学反应的模型，并结合实验数据，研究者确定了Gibbs能量耗散率与葡萄糖吸收的函数关系。起初，Gibbs能量耗散率随葡萄糖消耗速率的增加而增加，随后达到平台期，此时乙醇开始产生，这是细胞从呼吸转向发酵的转折点。研究团队在大肠杆菌中获得类似结果，Gibbs能量耗散水平存在一个稳定的上限。研究者解释说，酵母和大肠杆菌生活在完全不同的环境中，但两者具有相似的耗散极限甚至大致相同的数值，这表明这种限制是普遍存在的。研究者提出了一个有效的假设，当细胞代谢达到最大速率后，细胞打开“安全阀”，葡萄糖被分解为乙醇、乙酸盐或乳酸盐，留下部分能量不使用。这是因为部分能量可以以热量的形式散失，不足以干扰细胞，但是如果代谢速度非常快就意味着细胞内部分子活动过于剧烈，可能会破坏某些细胞结构。不同代谢率下细胞内酶的运动就可以证实这一点。与此同时，并非所有细胞都需要安全阀，一些酵母菌株的葡萄糖摄取缓慢，不会有代谢过载的危险，因此，这些酵母菌不会产生乙醇。
该研究不仅揭开了酵母生产乙醇的神秘面纱，还解决了癌细胞Warburg效应的原因。这种能量和物质的浪费其实是一种“安全阀”，那些通过阻止乳酸生成而治疗癌症的药物可能会关闭细胞的安全阀。
