Новый механизм самоуничтожения не позволит бактериям разбежаться в неподходящем месте
Синтетическая биология знает множество способов, как заставить микроорганизмы трудиться на благо человечества. Модифицированные бактерии могут перерабатывать пластиковые отходы, диагностировать заболевания кишечника, лечить рак и даже производить кислород для первых колонизаторов Марса. Правда, есть одна проблема: никто не знает, что произойдёт, если микробы выйдут из-под контроля и улизнут от своих создателей.
Ранее другие учёные уже предлагали способ, с помощью которого бактерии можно было убивать по команде, но в случае с побегом этот вариант не сработает. Отдельная трудность состоит в том, что микроорганизмы способны быстро мутировать, и исследователи должны быть полностью уверены, что гены, ответственные за ликвидацию нарушителей, в любом случае передадутся следующему поколению.
Теперь исследователи из Гарвардского университета во главе с Памелой Сильвер (Pamela Silver) разработали систему из двух молекулярных механизмов, которые "встраиваются" в геном микробов и автоматически уничтожают их за пределами "разрешённой зоны". В качестве модельных организмов выступили кишечная палочка и лабораторная мышь, в организм которой и помещали модифицированных бактерий.
Первый генетический переключатель не позволяет микроорганизмам удалить определённую функцию из генома в процессе эволюции. Он состоит из гена, кодирующего смертельный для бактерии токсин, и так называемого "элемента памяти", который подавляет производство ядовитого вещества. Если в результате мутации элемент памяти будет вырезан из генома, содержание токсина вырастет, и неправильные клетки будут уничтожены.
Второй механизм действует по похожему принципу, но в этом случае блокировка производства токсина исчезает в тот момент, когда температура окружающей среды падает с 37 до 22 градусов по Цельсию. Таким образом такие бактерии могут существовать только внутри живого теплокровного организма. Но как только они покинут его пределы, например, выйдут вместе с фекалиями, температура окружающей среды фактически их убьёт.
Длительное наблюдение за линиями модифицированных бактерий показало, что механизм самоликвидации сохраняется, как минимум, в 140 поколениях. А после попадания из организма мыши во внешнюю среду выживает лишь один микроорганизм из ста тысяч.
"Этот прорыв значительно приближает нас к реальному использованию синтетически сконструированных микроорганизмов в организме человека или окружающей среде, – говорит Сильвер в пресс-релизе. – Сейчас мы работаем над созданием комбинаций выключателей, которые могут реагировать на различные экологические факторы, чтобы обеспечить ещё более жёсткий контроль".
Детально разобраться в сложнейшей системе сдерживающих факторов и молекулярных переключателей можно, прочитав статью, которая была опубликована авторами работы в научном издании Molecular Cell.
Возвращаясь же к другим подвигам бактерий в сотрудничестве с синтетическими биологами, хотелось бы упомянуть ещё о микроорганизмах, которых учёные заставили вырабатывать электричество, о светящихся бактериях, которые помогут обнаружить мину и миниатюрных специалистах по распознаванию рака и диабета. Обо всех этих подвигах и многих других можно узнать, полистав материалы специального раздела "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru).