Использование генетически модифицированных организмов (ГМО) - микроорганизмов, не встречающихся в естественном мире, но разработанных в лабораториях из-за их полезных характеристик - является спорным вопросом.
В то время как ГМО могут значительно улучшить общество во многих отношениях - например. нападение на больные клетки, переваривание загрязнений или увеличение производства продуктов питания - их использование сильно ограничено законодательством десятилетней давности из-за опасений того, что может случиться, если они попадут в окружающую среду.
Для исследователей, осознающих свой потенциал, важно разработать стратегии безопасности, чтобы убедить законодателей, что они безопасны для выпуска.
По этой причине профессор Хиросимского университета Рюити Хирота и профессор Акио Курода разработали сверхбезопасную стратегию биоконтейнерной защиты на основе фосфита.
Стратегии биосдерживания - методы, используемые для предотвращения утечки ГМО или распространения сверх их необходимого использования, обычно используют одну из двух форм.
Одним из них является «самоубийственный переключатель», при котором выпущенные ГМО отмирают независимо через определенное время. Другой - «потребность в питательных веществах», когда срок годности ГМО истекает при удалении источника питательных веществ.
Метод контроля нового генетически модифицированного штамма бактерий E. coli использует последний, и его простая практичность может оказаться настоящим переломным моментом.
Это основано на том факте, что все живые существа нуждаются в фосфоре для огромного количества определяющих жизнь процессов, включая накопление энергии, производство ДНК и передачу клеточных сигналов. Подавляющее большинство бактерий получают фосфор из природного питательного фосфата.
Тем не менее, бактерии известны своей способностью получать энергию из, казалось бы, невероятных источников, и исследователи из HU обнаружили один тип, Ralstonia sp. Штамм 4506, способный вместо этого использовать не встречающийся в природе фосфит, что открывает захватывающие возможности.
Поскольку фосфит, побочный продукт металлургического производства, не встречается в природе, ученые могут легко контролировать его доступность и определять потенциальное распространение ГМО.
Таким образом, фермент штамма 4506, расщепляющий фосфиты, был выделен и введен в бактерии E. coli, которые благодаря своей универсальности считаются образцом в мире ГМО. Генетическое редактирование также привело к созданию специфического «транспортера» фосфита, позволяющего потреблять эти питательные вещества.
Но в то время как эта модифицированная кишечная палочка, теперь обладающая способностью пережевывать фосфиты, была новинкой в лаборатории HU, все еще предстояло преодолеть серьезное препятствие - она по-прежнему обладала неповрежденными врожденными механизмами транспорта фосфатов и могла так же выжить. на неприродном фосфите или природном фосфате. Он может легко сбежать и процветать.
Поскольку у E. coli есть семь переносчиков фосфатов - насосов для переноса фосфата снаружи клеточной мембраны внутрь, профессора Хирота и Курода приступили к отключению их с помощью генетического редактирования.
При тестировании полученного ГМО результаты были выдающимися. Он размножался на фосфитной среде и совсем не рос при воздействии только на фосфат.
Кроме того, когда процветающие популяции были позже лишены своего фосфитного удара, их численность упала за двухнедельный период до нуля, таким образом выполнив критерии биосдерживания «потребности в питании».
Однако то, что ученые обнаружили дальше, поразило их. Даже когда этот новый ГМО успешно и непрерывно выращивали на фосфите, его популяция, тем не менее, через две недели начала резко падать.
Сбитые с толку, исследователи HU проводят расследование, но есть вероятность, что эта стратегия обладает характеристиками «самоубийственного переключения» помимо «потребности в питательных веществах».
Какова бы ни была причина, родилась чрезвычайно безопасная и практичная стратегия биосдерживания. Требуется всего девять простых изменений генов в естественных организмах и на основе фосфита - легкодоступного промышленного отхода; это чрезвычайно эффективно с точки зрения затрат и времени. Кроме того, его простота означает, что его можно адаптировать к другим микроорганизмам, что делает его очень универсальным.
Эти черты контрастируют с предыдущими стратегиями биологической защиты, включающими синтетические организмы и источники энергии, требующие редактирования сотен генов, ужасно много денег и времени, и которые настолько специализированы, что делают их непрактичными.
Есть надежда, что эта новая стратегия привлечет внимание соответствующих государственных учреждений и убедит их привести законы 1980-х годов в соответствие с достижениями 21-го века. Тогда мы сможем безопасно получить ГМО из лаборатории на благо общества!