Ученые используют молекулярный «замок и ключ» для потенциального контроля ГМО

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли разработали простой способ поставить бактерии под молекулярный замок и ключ, чтобы предотвратить их случайное распространение. Метод включает серию генетических мутаций, делающих микроб неактивным, если не добавлена правильная молекула для обеспечения его жизнеспособности.

Работа опубликована на этой неделе в журнале ACS Synthetic Biology. Результаты показывают перспективность метода как практического способа биологического сдерживания, поскольку прогресс в синтетической биологии и генной инженерии стимулирует поиск методов контроля вновь созданных организмов.

Исследователи работали с лабораторным штаммом E. coli, воздействуя на пять генов, необходимых для выживания организма, и разработав простые способы их модификации. Они создали мутации в генах, которые требовали добавления молекулы бензотиазола для функционирования.

«Этот подход очень надежен и прост, поскольку требует всего нескольких мутаций в геноме. Молекула служит ключом, а мы конструируем замок», — сказал старший автор работы Дж. Кристофер Андерсон.

Ведущий автор исследования Габриэль Лопес сравнил подход с удалением компонента в автомобиле: «Организмы такие же. Некоторые части необходимы, а некоторые — нет. Из 4000 генов E. coli около 300 необходимы для выживания. Мы устанавливаем замок зажигания на несколько важных генов бактерии. Без правильного ключа микроб не выживет».

Эта техника превращает бактерии в синтетический ауксотроф — организм, модифицированный для роста только при наличии определенного соединения. Метод потенциально применим к организмам, создаваемым для лечения болезней, поскольку требует механизмов активации только в нужный момент.

Лопес отметил, что в систему добавлена избыточность путем внедрения нескольких комбинаций «замок-ключ» в один организм. Включение одного гена улучшило жизнеспособность в 100 миллионов раз, а комбинация нескольких генетических замков привела к увеличению жизнеспособности в 10 миллиардов раз.

Исследователи подчеркнули, что другие подходы к биосдерживанию полагаются на «выключатель смерти», который отравляет организм, но есть риск, что организм эволюционирует, чтобы выжить. В их подходе состоянием по умолчанию является смерть, и исследователи должны активно включать гены для выживания организма. Метод отличается скоростью, дешевизной и простотой внедрения.

Вдохновением послужили методы 1940-х годов, когда биохимики исследовали условия жизни микробов. «Я взял эти ранние инструменты, использовавшиеся для понимания биологии, и применил их, чтобы заставить биологию работать там, когда и как мы хотим», — сказал Лопес.

Ученые предупредили, что универсального решения для биосдерживания не существует. Например, подход «замок-ключ» не подходит для сдерживания горизонтального переноса генов. Кроме того, метод предназначен для предотвращения случайного распространения, но не защищен от намеренного взлома систем биобезопасности.