Ученые уже давно знают об опасном чрезмерном использовании антибиотиков и растущем количестве устойчивых к антибиотикам микробов, что приводит к их появлению. В то время как чрезмерное назначение антибиотиков для медицинского применения имеет тревожные последствия для здоровья человека, так же как и растущее присутствие антибиотиков в естественной среде. Последнее может быть связано с неправильной утилизацией лекарств, но также и с областью биотехнологии, которая зависела от антибиотиков в качестве устройства отбора в лаборатории.

"В биотехнологии мы долгое время полагались на антибиотики и химические препараты для уничтожения клеток, которые мы не хотим выращивать", - сказала инженер-химик Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Мишель О'Мэлли. "Если у нас есть генетически модифицированная клетка и мы хотим, чтобы только эта клетка росла среди популяции клеток, мы даем ей ген устойчивости к антибиотикам. Введение антибиотика убьет все клетки, которые не являются генно—инженерными, и позволит выжить только тем, которые мы хотим—генетически модифицированным организмам. Тем не менее, многие организмы развили средства, чтобы обойти наши антибиотики, и они являются растущей проблемой как в мире биотехнологий, так и в естественной среде. Проблема устойчивости к антибиотикам-это грандиозный вызов нашего времени, значение которого только возрастает."

Кроме того, ГМО имеют проблему сдерживания. "Если бы этот ГМО вышел из лаборатории и успешно размножился в окружающей среде, вы не могли бы предсказать, какие черты он привнесет в естественный биологический мир", - объяснил О'Мэлли. "С появлением синтетической биологии все больше возрастает риск того, что вещи, которые мы разрабатываем в лаборатории, могут сбежать и размножиться в экосистемах, где им не место."

Теперь исследование, проведенное в лаборатории О'Мэлли и опубликованное в журнале Nature Communications, описывает простой метод борьбы как с чрезмерным использованием антибиотиков, так и с сдерживанием ГМО. Это требует замены антибиотиков в лаборатории фторидом.

О'Мэлли описал фторид как " довольно мягкое химическое вещество, которое в изобилии встречается в мире, в том числе в подземных водах." Но, отмечает она, он также токсичен для микроорганизмов, у которых развился ген, кодирующий экспортер фтора, который защищает клетки, удаляя фтор, встречающийся в естественной среде.

В статье описывается процесс, разработанный Джастином ю, бывшим аспирантом-исследователем в лаборатории О'Мэлли. Он использует общий метод, называемый гомологичной рекомбинацией, чтобы сделать нефункциональным ген в ГМО, который кодирует экспортер фтора, поэтому клетка больше не может его производить. Такая клетка все еще процветала бы в лаборатории, где обычно используется дистиллированная вода без фтора, но если бы она вырвалась в естественную среду, она умерла бы, как только столкнулась с фтором, тем самым предотвращая размножение.

До этого исследования ю сотрудничал с соавтором статьи Сюзанной Сеппала, научным сотрудником проекта в лаборатории О'Мэлли, в попытке использовать дрожжи для характеристики транспортных белков фтора, которые Сеппала идентифицировал в анаэробных грибах. Первым шагом в этом проекте было удаление нативных переносчиков фторида дрожжей.

Вскоре после создания нокаутирующего штамма дрожжей ю принял участие в конференции по синтетической биологии, где он услышал доклад о новом механизме биоконтроля, предназначенном для предотвращения выхода генетически модифицированных бактерий E. coli из лабораторных условий. Во время этой беседы он вспоминал: "Я понял, что штамм нокаутирующих дрожжей, который я создал, потенциально может служить эффективной платформой для биоконтроля дрожжей."

"По сути, Джастин создал серию инструкций ДНК, которые вы можете дать клеткам, которые позволят им выжить, когда фтор находится рядом", - сказал О'Мэлли. "Обычно, если бы я хотел выбрать генетически сконструированную клетку в лаборатории, я бы сделал плазмиду (генетическую структуру в клетке, обычно небольшую круглую нить ДНК, которая может реплицироваться независимо от хромосом), которая имела бы маркер устойчивости к антибиотикам, чтобы она выжила, если антибиотик был рядом. Джастин заменяет его геном этих экспортеров фтора."

Метод, который О'Мэлли охарактеризовал как" низко висящий плод-Джастин сделал все эти исследования примерно за месяц", также решает простое экономическое ограничение отбора клеток, управляемых антибиотиками, в биотехнологических лабораториях. - С точки зрения биотехнологии, - продолжала она, - процесс создания устойчивых к антибиотикам организмов также чертовски дорог. Если бы вы собирались запустить ферментацию на десять тысяч литров, и это может стоить вам тысячи долларов за ферментацию, чтобы добавить некоторые антибиотики, это сумасшедшая сумма денег." Примечательно, что использование фтора в низкой концентрации будет стоить всего около четырех центов за литр.

Очевидно, сказал Сеппала, " мы бы предпочли использовать химическое вещество, такое как фторид, которое относительно безвредно, обильно и дешево, и может быть использовано для того же, что и обычный антибиотик."

Ю объяснил, что роль переносчиков фтора была выяснена лишь недавно, в 2013 году, когда начался этот проект. Новые подходы к реализации биоконтейнмента сосредоточились на использовании биологических частей, которые чужды интересующему организму, смещая фокус на то, что Ю описал как "блестящие, но сложные системы", в то же время, возможно, отвлекая внимание от этого более простого подхода.

ИСТОЧНИК