Новая стратегия биосдерживания контролирует распространение сбежавших ГМО

Исследователи из Хиросимского университета успешно разработали стратегию биосдерживания для генетически модифицированных организмов (ГМО). Их новый метод предотвращает выживание генетически модифицированных цианобактерий вне тестовой среды, позволяя безопаснее исследовать эффекты ГМО. Результаты опубликованы в ACS Synthetic Biology.

Применение биоинженерных микробов охватывает множество областей, включая сельское хозяйство и производство энергии. Например, модифицированные микроводоросли могут очищать сточные воды нефтеперерабатывающих заводов и служить источником биотоплива. Однако безопасность таких организмов, как и многих других ГМО, неопределенна.

"Инженерные микробы могут доминировать в какой-то среде или атаковать местные организмы, что негативно скажется на биоразнообразии", — сказал Рюити Хирота, ведущий автор статьи, доцент Высшей школы передовых наук о материи HU.

Поскольку микроводоросли обычно культивируют в открытых водоемах, для снижения рисков необходима стратегия биосдерживания.

Стратегия пассивного биосдерживания

Цель стратегии — изменить потребности микроба в питательных веществах. Если сконструировать микроб, зависящий от питательного вещества, которого нет вне его "домашней" среды, он не выживет в случае побега.

В данном случае микроб — это микроводоросли (цианобактерии), а питательное вещество — фосфит.

• Фосфор — ключевой элемент живых организмов, входящий в состав фосфата (основа ДНК, молекула АТФ).
• Фосфат широко распространен в природе, а фосфит — нет.
• Немногие микробы могут метаболизировать фосфит в фосфат благодаря ферменту фосфитдегидрогеназе.

Применение к микроводорослям

Ранее группа Хироты успешно применила эту систему к E. coli, отредактировав ген фосфитдегидрогеназы и удалив способность усваивать фосфат.

В новом исследовании система была применена к микроводорослям. Для перевода их зависимости строго на фосфит потребовалось инактивировать два гена транспортеров фосфата (а не один, как у E. coli). Модифицированные микроводоросли быстро теряли жизнеспособность при попытке роста без фосфита.

Эффективность и частота "побега"

"Мутанты, способные сбежать, — всегда вероятность", — отметил Хирота.

Команда измерила, сколько штаммов микроводорослей адаптировалось к зависимости от фосфита. За три недели наблюдений не было обнаружено ни одной колонии-мутанта.

• Частота "побега" была как минимум на три порядка ниже стандартов лабораторий NIH (менее одной мутантной клетки на 100 миллионов нормальных).
• Этот результат сравним с другими современными стратегиями сдерживания цианобактерий.

Следующие шаги

Следующим этапом станет тестирование штамма не в чашке Петри, а в модельной экосистеме — искусственном пруду в контролируемых условиях.

"Использование ГМО — это баланс риска и пользы, — заключил Хирота. — У них есть потенциал, но также и риск для здоровья. Если у нас нет техник для их более безопасного изучения, у нас нет выбора. Нам необходимо разрабатывать такие системы биобезопасности, чтобы исследовать ГМО более ответственно".