Как мы узнаем, когда генетически или синтетически модифицированный организм попадает в окружающую среду? Как мы можем отличить его от миллионов микроорганизмов, которые уже существуют в природе? Эту задачу берет на себя многопрофильная исследовательская группа, в том числе Эрик Янг, доцент кафедры химической инженерии в Вустерском политехническом институте (WPI), которая разрабатывает инструмент биологической защиты, который может обнаруживать инженерные микроорганизмы на основе их уникальных сигнатур ДНК.
[penci_related_posts title=»Вам также может быть интересно» number=»4″ style=»list» align=»none» displayby=»cat» orderby=»random»]
Генная инженерия, при которой гены добавляются к геномам организмов, и синтетическая биология, которая фокусируется на понимании и разработке более совершенных последовательностей ДНК, используются сегодня для создания широкого спектра продуктов, таких как фармацевтические препараты, такие как инсулин, и сельскохозяйственные культуры. , Генная инженерия также используется биотехнологическими компаниями — от стартапов до транснациональных корпораций — для производства таких продуктов, как моющие средства, пищевые ингредиенты и биотопливо.
В течение десятилетий правительство США спонсировало исследования и разработку инженерных организмов и более совершенных способов конструирования ДНК, в то время как правительство и сообщество синтетической биологии работали вместе над разработкой техники безопасности и этики, чтобы гарантировать, что полученные организмы безопасны и могут быть сдержанным Например, правительство спонсировало разработку «выключателей убийства», которые лишают инженерные организмы возможности выживать вне лаборатории.
Недавно правительство США и ученые-исследователи выявили потребность в новых инструментах, которые могут идентифицировать инженерные организмы, когда они смешиваются с множеством естественных микроорганизмов. Эти инструменты могут в конечном итоге быть использованы для обнаружения инженерных организмов в окружающей среде. Они могут быть использованы для защиты интеллектуальной собственности компании в случае, если организм, который она спроектировала, случайно покинет лабораторию или обнаружит преднамеренные выбросы потенциально вредных организмов.
Эту задачу берет на себя межведомственная группа, занимающаяся разработкой такого инструмента. Проект финансируется за счет 18-месячной награды от программы Finding Engineering Linked Indicators (FELIX). «Мы осознаем силу инженерии и биоинженерии», — сказал Янг, учитывая опыт в области синтетической биологии, включая генную инженерию бактерий, дрожжей и грибов. «Мы конечно обеспокоены перспективами развития синтетической биологии, но мы также несем этическую ответственность и за потенциально негативное использовании технологий, которые мы разрабатываем».
«Моя лаборатория разрабатывает инженерные организмы для решения проблем и мы используем методы обеспечения безопасности сверх того, что нам требуется», — добавил он. «Надеемся, что этот проект приведет нас к созданию недорого инструмента, который мы сможем использовать, чтобы убедиться, что все работают безопасно, от университетов до заводов-изготовителей и любителей био-энтузиастов в своих гаражах».
Ученые создают инженерные микроорганизмы путем введения новых генов в их геномы, которые позволяют им производить ценные лекарства, биотопливо или продукты питания. Примерами могут служить бактерия, содержащая ген человека для выработки инсулина или дрожжи, несущие множество генов из нескольких организмов для производства противомалярийного препарата артемизинин. Поскольку многие из генов в этих инженерных организмах существуют в природе, отличить их от неинженерных организмов в пробах почвы или воды может быть непросто. «Это похоже на поиск иголки в стоге сена», — сказал Янг.
Он добавил, что ключом к проведению этого различия будет идентификация генетических сигнатур для каждого организма. Благодаря тому, как они производятся, большинство генно-инженерных организмов имеют один или несколько коротких участков ДНК, уникальных для их геномов и отличающих их от неинженерных братьев. Эти ДНК-сигнатуры могут быть использованы в качестве маркеров для быстрого обнаружения сконструированного организма в популяции природных микроорганизмов. Работа Янга в исследовательском проекте заключается в создании примеров биоинженерных организмов, содержащих эти специфические маркеры.
«Мы предоставляем экспертную информацию, которую будет искать устройство обнаружения», — сказал он. «Мы принимаем во внимание всю генную инженерию последних 50 лет и сокращаем все эти знания и информацию до набора необходимых сигнатур для биоинженерных организмов, которые нам, скорее всего нужно будет найти. Затем мы должны решить, какие организмы важны и на какие маркеры нам нужно смотреть. Это очень захватывающая работа ».
Первоначально Янг, который работает с двумя аспирантами, сосредоточится на пивных дрожжах, которые, по его словам, все больше становятся предпочтительным организмом для биоинженерных компаний, потому что их легко создавать и просто выращивать, учитывая десятилетия больших опыт масштабной ферментации в пивоваренной промышленности. Маркеры, которые он идентифицирует, будут полезны для обнаружения известных искусственных организмов, которые могут быть получены из корпоративных и университетских лабораторий. Обнаружение потенциально вредных организмов, которые могли быть преднамеренно выброшены в окружающую среду, будет более сложной задачей.
«Это намного сложнее, когда вы не знаете, какие организмы вам нужно искать», — сказал он. «Нам нужно создать инструменты, которые могут обнаруживать широкий спектр искусственных организмов. И они должны быть достаточно гибкими, чтобы они могли обнаружить конкретный набор маркеров, но затем выявлять вновь добавленные подписи по мере их обнаружения. Мы помогаем разработать технологию для этого».
Знания, которые генерирует Янг, в конечном итоге будут включены в настольное устройство обнаружения, которое будет разработано другими членами исследовательской группы. Другие члены команды создают алгоритмы машинного обучения, которые найдут новые маркеры, которые эксперты могут не идентифицировать. Янг сказал, что он ожидает, что пригодное для обнаружения устройство для дрожжей будет готово после завершения программы, но на решение более сложных задач может уйти более десяти лет.
Источник:
Вустерский политехнический институт
Фото: © BillionPhotos.com / Adobe Stock