Ученые разработали новый метод биоконтроля для промышленных организмов
Исследователи из Манчестерского института биотехнологий (MIB) разработали новый метод биоконтроля для предотвращения утечки генетически модифицированных организмов, используемых в промышленных процессах.
В статье, опубликованной в Nature Communications, доктор Стефан Хоффманн и профессор Патрик Кай показали, что добавление дегрона с дестабилизирующим доменом, контролируемым эстрадиолом (ERdd), в геном пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) позволяет контролировать выживаемость организма.
Дегроны с дестабилизирующим доменом (DD) — это элемент белка, который позволяет ему разрушаться, если отсутствует специфический лиганд (малая молекула, связывающаяся с DD-дегроном), стабилизирующий его. Ученые модифицировали дрожжи так, чтобы белки, необходимые для жизни, разрушались при отсутствии эстрадиола (типа эстрогена). Без эстрадиола дрожжи погибают.
Новый метод генетического сдерживания отличается от предыдущих тем, что он напрямую нацелен на жизненно важные белки. Он не оказывает негативного влияния на функции организма даже по сравнению с диким типом и остается активной частью генома даже после 100 поколений.
Для этого исследователи пометили 775 жизненно важных генов тегом ERdd и провели скрининг полученных организмов на зависимость роста от эстрадиола. В результате были идентифицированы три подходящие мишени: гены SPC110, DIS3 и RRP46. Модифицированные дрожжи хорошо росли в присутствии эстрадиола и не развивались в его отсутствие.
Профессор Патрик Кай заявил: "Механизмы безопасности имеют ключевое значение для внедрения новых технологий, таких как инженерная биология. Разработка систем биоконтроля позволит минимизировать риски, защитить исследователей и общество, а также станет новым решением для защиты биоэкономики от интеллектуального шпионажа".
Инженерная биология — это новая, но развивающаяся область, которая позволяет промышленности использовать микроорганизмы (дрожжи, бактерии) для эффективного производства химических веществ. Однако если генетически модифицированные организмы попадут в окружающую среду, это станет проблемой.
Чтобы этого не допустить, NIH устанавливает строгие пороговые значения частоты утечки. Большинство существующих методов генетической защиты основаны на одном из двух подходов:
- Создание ауксотрофии, когда организм зависит от присутствия в среде специфического метаболита.
- "Ген самоубийства", когда организм производит токсин, убивающий его при определенных условиях.
Хотя эти методы эффективны и соответствуют требованиям NIH, у них есть недостатки. Метаболит, необходимый для выживания, может присутствовать в природе, а "ген самоубийства" со временем может мутировать и стать неактивным.
Новый метод биоконтроля можно использовать вместе с существующими для повышения надежности. Даже в качестве единственного метода он обеспечивает частоту утечки <2×10-10, что значительно превышает стандарт NIH (<10-8).