科学家开发工程菌的“杀死开关”

admin 2018-05-16

em为了防止转基因细菌逃逸到更广泛的环境中,麻省理工学院研究人员开发了两种称为“死亡开关”的保护装置,他们称之为“死人”和“密码”。合成细菌在没有某些化学物质的情况下死亡。 / em

许多研究小组正在开发转基因细菌,这种细菌有朝一日可以在人体周围的某个地方旅行,诊断甚至治疗感染。这些虫子还可以用来监测河流中的毒素或改善作物施肥。

然而,在这些细菌能够安全放松之前,科学家需要找到一种方法来防止它们逃逸到更广泛的环境中,在那里它们可能会生长并造成伤害。

为此,麻省理工学院,麻省理工学院和哈佛大学的研究人员以及哈佛大学的Wyss研究所的研究人员开发了两种所谓“杀死开关”的保护措施,这种保护措施可能会导致合成细菌死亡某些化学品。

在本周发表在“自然化学生物学”杂志上的一篇论文中,研究人员描述了他们的两个杀死开关,他们称之为“死人”和“密码”。

独立电路

根据麻省理工学院生物工程系和医学工程与科学研究所(IMES)医学工程和科学的Termeer教授詹姆斯柯林斯(James Collins)的说法,在过去一年中,已经有很多尝试去开发杀死开关。 。

这些包括努力重新编程有机体的整个基因组以确保其需要存在某些氨基酸或其他化学物质以存活,分裂和生长。

然而,这种方法可能既需要劳动力又需要大量资源,并可能引入可能使机体作为监测或诊断工具更少用处的变化,Collins说。

“在我们的案例中,我们引入了独立电路,可以将其插入任意数量的不同生物体中,而无需重新接线或改变大部分基因组以便接纳开关,”他说。

例如,Deadman开关是需要外部化学物质以防止持续表达的毒素杀死细胞的细菌菌株的一部分。

柯林斯说,开关的动机是旧列车上的所谓的无人驾驶刹车装置,为了让车辆向前行驶,需要一名指挥者不断地与手柄或踏板接触。

该系统建立在Collin实验室以前的工作基础上,由一个由两个转录因子基因组成的遗传“切换”开关组成。

开关可以在两个状态之间翻转,其中两个转录因子基因中的任一个被打开。研究人员改变了这两种转录因子的表达,导致一种基因的强表达和另一种基因的弱表达。

小分子的存在使开关保持弱电状态,但一旦这种情况消除,开关将转换到强电状态。柯林斯说,一旦这个强大的状态开启,开关就被编程为表达各种毒素。

“如果系统通过去除小分子而翻转过来,它会以非常高的水平表达毒素,然后很快就可以迅速杀死虫子,”他说。

一个蜂窝逻辑门

相反,密码开关的作用类似于逻辑门,因为它需要特定的几种化学输入的组合才能使转基因细菌生存和繁殖。

该开关由一组模块化转录因子组成,这些因子含有用于感测小分子(输入)和用于调节基因表达的独立区域。通过混合和匹配这些功能域,研究人员能够构建杂合转录因子,其中不同的小分子输入与控制基因表达的特定启动子相关。

如果转录因子检测到环境中存在小分子的正确组合,那么细菌将存活下来。但是,如果不存在输入信号的正确组合,那么该交换机可以杀死这个bug,根据该论文的主要作者Collin实验室的博士后Clement Chan的说法。

“如果任何所需的输入不正确,那么错误将会消失,”他说。

通过使用不同的转录因子,研究人员可以改变细胞生存所需的小分子密码组合。 Chan说,通过这种方式,可以轻松改变开关以满足不同应用的需求。

“它使我们的生物防护系统更加灵活,因此您可以将密码系统应用于更广泛的应用领域。”

陈说,交换机也可以用来保护公司的知识产权。

“想象一下,你拥有某种缺陷,而且你不希望竞争对手使用它。然后,您可以合并此设备,以便只有知道密码的人才能使用您的错误,“他说。

即使竞争对手以某种方式获得了密码,研究人员也可以简单地通过使用不同的转录因子来改变它,他说。

扩大

根据耶鲁大学系统生物学研究所助理教授Farren Isaacs的说法,新的保护措施在两个重要方向上具有令人兴奋的可能性,可以在两个重要方向上缩放杀死开关。

首先,他们建立了跨不同物种使用杀死开关的可行性,Isaacs说。

“他们还将密码开关扩展到合成分子和转录因子的大量组合,以获得许多独特的生物合成菌株和合成小分子的定制鸡尾酒,”他补充道。

Collins说,在成功测试了大肠杆菌中的两种杀伤开关后,研究人员现在希望将其纳入活体诊断或治疗工具中,旨在针对各种细菌感染。

出版物:Clement T Y Chan等人,''Deadman'和'Passcode'微生物杀灭开关用于细菌遏制,“Nature Chemical Biology,2015; DOI:10.1038 / nchembio.1979

来源:麻省理工新闻Helen Knight


点赞: