新的生物保护策略控制逃逸的转基因生物的传播

广岛大学(HU)的研究人员成功开发了转基因生物或转基因生物的生物保护策略。他们的新方法可以防止转基因蓝细菌在其测试环境之外存活，从而使研究转基因生物的影响更加安全。他们的研究成果发表在ACS合成生物学上。工程微生物的应用已经出现在许多领域，包括农业和能源生产。例如，工程微藻可以帮助清理炼油厂废水，并作为生物燃料的来源。然而，与许多其他转基因生物一样，工程微藻的安全性仍不确定。

“工程微生物可能在某些环境中占据主导地位，或者攻击它们的原生生物，这可能对生物多样性产生负面影响，”这篇文章的主要作者Ryuichi Hirota说。Hirota是胡锦涛高等物理研究生院的副教授。“此外，微藻通常在池塘和其他水体中培养。为了克服这种风险，一种策略是在微藻中应用生物保护系统。”生物保护策略旨在阻止转基因生物在特定区域的生长，例如在实验室环境之外。广田特别感兴趣的是“被动策略”，其目的是改变微生物的营养需求。通过设计一种微生物，使其依赖于某种不存在于其宿主环境之外的营养物质，如果它逃离了这种环境，它将无法存活。

在他的例子中，微生物是微藻，营养物是亚磷酸盐。亚磷酸盐的核心是磷，磷是生物体内的关键元素。磷还构成了一种称为磷酸盐的不同分子，它构成了DNA和细胞内能量货币分子ATP的骨架。磷酸盐在自然界中很丰富。另一方面，亚磷酸酯不是。由于一种叫做亚磷酸脱氢酶的酶，少数微生物可以将亚磷酸代谢成磷酸盐。虽然生物需要磷，但很多人因为缺乏这种酶而无法利用亚磷酸盐。广田利用这种自然发生的过程创造了大肠杆菌的生物保护过程。去年，他和他的团队将亚磷酸脱氢酶基因编辑到大肠杆菌中，消除了吸收磷酸盐的能力。

在这项研究中，该团队将这一系统应用于微藻，一种生活在水中的蓝藻。和大肠杆菌一样，微藻也有转运磷酸盐的过程。然而，停止对磷酸盐的依赖并严格地将其转移到亚磷酸盐上又迈出了一步：破坏了两个磷酸盐转运蛋白基因而不是一个。他的团队非常成功。当它试图在没有亚磷酸盐的情况下生长时，工程微藻的活性迅速下降。然而，“变异人总是有可能逃脱的，”广田说。这样，他们通过测量各种适合依赖亚磷酸盐的微藻菌株来测试其生物保护策略的有效性。在三周内，该小组观察到零菌落。逃逸频率比NIH实验室标准至少低三个数量级，即每1亿个正常细胞中不到一个突变细胞，与目前使用的其他蓝藻控制策略相当。

评估这种微藻的下一步将超越培养皿。“我想在一个开放但封闭的模型生态系统中测试它，”Hirota说。也就是说，在人工池塘中对菌株进行了测试，但它仍然处于受控环境中。“使用转基因生物是风险和利益之间的平衡，”他总结道。“它们有潜力，但同时也有健康风险。如果我们没有任何技术可以让我们更安全地研究它们，我们别无选择。我们需要开发这样的生物安全系统，这样我们才能更负责任地研究转基因生物。”

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