Удержание бактерий под замком

Синтетическая биология — перспективная область для улучшения производства химических веществ, разработки терапевтических лекарств (биофармацевтики, вакцины) и повышения сельскохозяйственной продуктивности. Она предполагает комбинирование естественных или созданных фрагментов ДНК в новых комбинациях в биологических системах, таких как микробы.

По мере развития этих технологий возникает необходимость в биологическом сдерживании — создании встроенных защитных механизмов, контролирующих, где может расти организм. Это предотвратит попадание специализированных бактерий (например, для биореактора или сельского хозяйства) в нежелательную среду.

Новое исследование, опубликованное в Science Advances 2 июля, описывает прогресс в стабильности стратегии биосдерживания, использующей зависимость микроба от синтетического питательного вещества (метод синтетической ауксотрофии).

Результаты исследования

• Учёные изучали штамм Escherichia coli (E. coli), зависящий от синтетического "строительного блока" для выживания. Этот штамм, названный DEP, непрерывно выращивали в течение 100 дней, постепенно снижая количество доступного синтетического питательного вещества.
• Бактерии не смогли "сбежать" (начать расти без синтетического питательного вещества), что подтверждает надёжность стратегии с несколькими зависимыми ферментами ("тремя дверями").
• Однако DEP E. coli адаптировался к концентрации питательного вещества, в 10 раз меньшей, чем исходная. Адаптация произошла за счёт изменения белков на поверхности клетки, регулирующих поступление питательного вещества внутрь.
• В эксперименте с млекопитающими клетками бактерии активно росли первые дни, но в течение недели полностью исчезли без применения антибиотиков.
• Дополнительные эксперименты показали, что рост бактерий можно останавливать и возобновлять, убирая и возвращая синтетическое питательное вещество.

Значение и перспективы

Исследование демонстрирует устойчивый метод контроля за ростом специально созданных бактерий. "Синтетический строительный блок" действует как регуляторный "рычаг" или "ручка" для управления их жизнедеятельностью.

Это открывает перспективы для:

• Более безопасных технологий в медицине (терапия, пробиотики, вакцины), например, для работы с микробиомом кишечника.
• Экологических применений.
• Масштабирования подобных систем.

Дальнейшая работа будет направлена на тестирование устойчивости метода в более широком спектре условий и разработку биомедицинских приложений.