Группа ученых из Исследовательской лаборатории армии США и Массачусетского технологического института разработала и продемонстрировала новаторский инструмент синтетической биологии для внедрения программирования ДНК в широкий спектр бактерий.
Исследование в значительной степени спонсировалось канцелярией министра обороны в рамках Совместной инициативы лабораторного университета, или LUCI, программы, направленной на обеспечение раннего доступа и ускорение лабораторных инноваций Министерства обороны посредством партнерства и сотрудничества с ведущими учеными. по всей стране.
Исследователи ARL заявили, что они признают, что высокая скорость развития в области синтетической биологии требует «сильных связей с более широким сообществом, чтобы использовать преимущества достижений и влиять на эту область по мере ее развития».
В данном случае это ускорение - это способность армии генетически конструировать неприрученные микробы, которые либо процветают в суровых условиях, либо, во многих случаях, получают доступ к высококачественным специализированным материалам, недоступным при современных технологиях.
«Большая часть текущей работы в области синтетической биологии использует небольшое количество одомашненных микробов, включая кишечную палочку или дрожжи», - сказал доктор Брин Адамс из отделения биотехнологии ARL. «Открытие генетического доступа к неодомашненным микробам было серьезным препятствием для военного применения продуктов синтетической биологии».
Адамс также объяснил, что существует потребность в широко применимых инструментах синтетической биологии, которые позволяют получить доступ к широкому спектру микроорганизмов, включая самый фундаментальный шаг генной инженерии - способность переносить ДНК в клетку.
Новый подход команды к решению этой проблемы использует сконструированную бактерию Bacillus subtilis, называемую XPORT, для доставки ДНК с высокой точностью и контролируемым образом к широкому кругу бактерий.
Бактерии XPORT способствовали многочисленным демонстрациям недавно запрограммированной функции, включая отчет о флуоресцентном белке, у 35 различных бактерий, некоторые из которых никогда ранее не были идентифицированы, не говоря уже о характеристиках, поскольку они были только недавно выделены из датчика влажности почвы в лаборатории..
Обсуждая повсеместное присутствие бактерий в любой среде и доступ к этим микробам впервые, профессор Массачусетского технологического института и автор-корреспондент доктор Кристофер Фойгт сказал: «Каждый солдат, транспортное средство и система вооружения покрыты живыми бактериями. Мы с нетерпением ждем возможности понять, как эти бактерии меняются в зависимости от операционной, и теперь у нас есть возможность контролировать их для стабильной оптимальной работы».
Это исследование является прелюдией к первой программе синтетической биологии службы Министерства обороны США под названием «Живые материалы», официально запущенной в октябре 2018 года.
Долгосрочное видение этой программы состоит в том, чтобы придать живые, реактивные и реагирующие функции материалам для работы в соответствующих армейских условиях, предоставляя разрушительные возможности, такие как настраиваемые собранные материалы, самовосстановление и адаптация для улучшенной защиты и преобразования. логистика.
Руководитель программы ARL Living Materials и соавтор рукописи д-р Димитра Стратис-Куллум объяснила: «Следующий рубеж в синтетической биологии принесет беспрецедентные достижения в области высокоэффективных и интеллектуальных материалов, но потребует продвижения Это искусство от производства молекул до материалов, а также от лаборатории до поля Это требует от армии продвижения вперед в инструментах для шасси военного назначения и преодоления разрыва в отношениях между структурой и функцией для высокоэффективных военных материалов."
Это исследование также оказывает значительное влияние за пределами Министерства обороны, заявили ученые.
«В статье мы демонстрируем гибкость XPORT путем создания бактерий, выделенных из кожи человека, человеческих фекалий и сельскохозяйственной почвы», - сказала ведущий автор доктор Дженнифер Брофи. «Микробы из этих сред являются хорошими кандидатами на роль пробиотиков, разработанных для улучшения здоровья человека или сельского хозяйства».
Армейские ученые считают, что необходимо, чтобы армия действовала сейчас, чтобы противостоять противникам, которые будут использовать эти достижения для угроз следующего поколения в будущей оперативной среде.