Биологический предохранитель для генетически модифицированных организмов
Генетически модифицированные организмы (ГМО) используются в производстве лекарств, биотоплива, сельском хозяйстве и исследованиях, но существует риск их попадания в естественные экосистемы. Физической изоляции (чашки Петри, промышленные резервуары) недостаточно, поэтому ученые разрабатывают методы биологического сдерживания (биоконтеймента).
Две независимые группы исследователей сообщили в журнале Nature о создании штамма бактерии Escherichia coli, жизнь которого полностью зависит от синтетической аминокислоты, отсутствующей в природе.
Суть метода
Группа под руководством Джорджа Черча из Гарвардской медицинской школы модифицировала ранее созданный штамм E. coli с рекодированным геномом. Ученые внесли 49 генетических изменений, чтобы три жизненно важных белка бактерии содержали синтетическую аминокислоту. Без её добавления в питательную среду бактерии не могут правильно сворачивать белки и погибают.
- Бактерии не могут синтезировать эту аминокислоту сами.
- Они не могут найти её в природной среде.
- Зависимость встроена в центральные процессы клетки ("в самую середину двигателя").
Результаты и безопасность
- Частота "побега" (выживания без синтетической аминокислоты) была настолько низкой, что её не удалось обнаружить.
- В экспериментах ни одна из 1 триллиона выращенных бактериальных клеток не выжила без добавки в течение двух недель.
- Этот показатель в 10 000 раз лучше рекомендаций Национальных институтов здоровья (NIH) по частоте побега для ГМО.
Преимущества перед другими методами
Метод решает слабые места других стратегий биоконтеймента:
- Ауксотрофы на природные вещества: бактерии могут найти нужное вещество в окружающей среде.
- Генетические "предохранители" (kill switches): их можно "выключить" случайной мутацией. Зависимость от синтетической аминокислоты, требующая отмены десятков изменений, гораздо устойчивее.
Дополнительно модифицированный штамм E. coli стал устойчив к двум вирусам, что важно для промышленного применения, где вирусное заражение может нанести ущерб.
Перспективы
Это первый пример зависимости от синтетического питательного вещества как стратегии биоконтеймента и масштабного инженерного изменения функций генома. В будущем можно создать бактерии, зависящие от нескольких синтетических веществ одновременно, что сделает побег практически невозможным.