“杀死开关”关闭工程细菌

许多研究团队正在开发转基因细菌有一天周游的部分人体,甚至诊断和治疗感染。虫子也可以用来监测河流或改善作物施肥的毒素。

然而,这种细菌可以安全地释放之前,科学家们需要找到一个方法来防止他们逃跑到更广泛的环境,在那里他们可能会成长,造成伤害。

为此,麻省理工学院的研究人员,麻省理工和哈佛,哈佛大学Wyss研究所开发了安全措施的形式两个所谓的“杀死开关,可使合成细菌死亡没有特定化学物质的存在。

在最近发表的一篇论文中,研究人员描述他们两个杀死开关,他们称之为“亡灵”和“密码”。

独立的电路

有许多试图开发杀死开关在过去的一年里,根据詹姆斯·柯林斯terme教授医学工程和科学在麻省理工学院的生物工程和医学工程和科学研究所(ime),他领导了这项研究。

这些包括努力重组整个基因组的生物,以确保它需要特定的氨基酸或其他化学物质的存在为了生存,分裂,和成长。

然而,这种方法可以是劳动和资源密集型,并可能引入的变化可能使机体不那么有用的监测或诊断工具,柯林斯说。

“在我们的例子中,我们引入独立的电路,可以出现在任何数量的不同的生物,而不需要重新连接或改变的基因组为了适应开关,”他说。

叉杆开关,例如,是一个菌株的一部分,需要一个外部化学阻止不断表达毒素杀死细胞。

刹车开关是出于所谓的亡灵在旧火车,它需要导体在不断接触手柄或踏板为了车辆向前移动,柯林斯说。

系统,建立在先前在科林的实验室工作,由一个基因“开关”开关由两个转录因子基因。

两种状态之间的切换可以翻转,要么两个转录因子基因中的一个。研究人员改变这两个转录因子的表达,导致强表达为一个基因和弱的表达式。

小分子的存在使开关在其脆弱的状态,但只要这是移除,开关将翻转其强大的国家。开关程序来表达各种毒素一旦打开这个强大的国家,柯林斯说。

“如果系统会翻转,去除小分子,它将表达毒素在非常高的水平,就可以快速和容易杀死虫子,”他说。

细胞逻辑门

密码开关,相比之下,就像一个逻辑门,它需要一个特定组合的几个化学输入为了使转基因细菌生存和增殖。

模块化的开关由一组转录因子包含单独域传感小分子-输入和调节基因表达。通过混合和匹配这些功能域,研究人员能够构建混合转录因子不同的小分子输入的控制都与一个特定的基因表达的启动子。

如果正确的组合的转录因子检测小分子存在于环境中,细菌就会生存。但如果正确的输入信号不存在,组合开关杀死虫,根据论文的第一作者克莱门特Chan科林的实验室的博士后。

“如果任何所需的输入不正确,错误会死,”他说。

通过使用不同的转录因子,研究人员可以更改密码组合所需的小分子细胞生存。以这种方式开关可以很容易地更改为满足不同的应用程序的需要,Chan说。

“这让我们biocontainment系统更加灵活,所以你可以把密码系统在更大范围的应用程序”。

开关也可以用来保护公司的知识产权,Chan说。

“想象一下你自己的某种缺陷,你不想让你的竞争对手使用它。然后你就可以把这个设备,因此只有知道密码的人能使用你的错误,”他说。

即使竞争对手设法得到了密码,研究者可以改变它通过使用不同的转录因子,他说。

扩大

新安全措施令人兴奋的可能性比例杀死开关的两个重要方向,根据艾萨克,系统生物学研究所助理教授在耶鲁大学,他并没有参与这项研究。

首先,他们在不同的物种建立使用杀死开关的可行性,艾萨克说。

“他们还扩大密码开关的大型组合合成分子和转录因子对许多独特的套biocontained菌株和定制合成小分子的鸡尾酒,”他补充道。

已经成功测试了这两个杀死开关在大肠杆菌中,研究者现在希望纳入生活的诊断或治疗工具,设计针对各种细菌感染,柯林斯说。