Генетически модифицированные микробы широко используются в различных сферах деятельности человека, от производства топлива до создания специфических лекарств. Однако если «хорошие» микробы заражаются другими микробами или вирусами извне, всё исследование может быть безвозвратно испорчено. Также многих пугает сценарий, когда генетически модифицированная бактерия попадает во внешнюю среду и выходит из-под контроля учёных.

Чтобы в дальнейшем избежать подобных проблем, исследователи создали новый тип генетически модифицированного микроба, который может выжить исключительно на искусственных питательных веществах, а значит, не сможет покинуть лабораторию, где его кормят.

О методике создания новых безопасных генетически модифицированных организмов рассказывают сразу две команды учёных в отдельных статьях научного журнала Nature.

Стратегия, которая была разработана учёными специального для этого эксперимента, может быть использована в дальнейшем для контроля над генно-инженерными растениями или другими живыми организмами, выпущенными в дикую природу.

«Возможность заражения одних микробов другими является одним из многих рисков, связанных с использованием генно-инженерных организмов для производства биологических лекарственных средств и ценных химикатов. Вирусы, которые заражают бактерии, могут запросто испортить целую партию важных лекарств, что возымеет катастрофические последствия», — рассказывает ведущий автор одного из исследований Джордж Чёрч (George Church) из Гарвардской медицинской школы в Бостоне.

Рис. 1. В своих экспериментах ученые использовали обычную кишечную палочку.

Специализированные микробы сами по себе также могут случайно оказаться в продукте питания человека или же просто в окружающей среде. Поэтому государственные регулирующие органы требуют, чтобы генетически модифицированные микробы хранились в герметично закрытых ёмкостях или других надёжно упакованных контейнерах.

Чёрч и его коллеги поняли, что наиболее надёжным способом предотвращения распространения изменённых микроорганизмов может быть далеко не физические ограничения в виде стен контейнера, а очередная генетическая модификация.

Исследователи решили, что

если изменить геном микроба таким образом, чтобы организм мог размножаться, лишь питаясь определёнными веществами, то он попросту не сможет целым и невредимым покинуть стены лаборатории. А если и покинет, то тут же умрёт от недостатка питания.

Как рассказывается в пресс-релизе, учёные взяли обычную кишечную палочку Escherichia coli и модифицировали её геном таким образом, что она попала в зависимость от синтетических аминокислот. Без последних E. coli не сможет создать белки, необходимые для выживания и размножения.

Если же микроб и сможет выжить в отсутствии синтетических аминокислот, то его генетический механизм выйдет из строя, и бактерия рано или поздно умрёт. Модификация также предотвращает возможность заражения вирусами, поскольку биоинженеры исключили для них возможность репликации внутри генно-инженерных микробов.

Впрочем, известно, что микробы быстро обретают способность обходить чинимые препятствия, адаптируясь к новым необычным условиям.

Ведущий автор второго исследования, Фаррен Айзекс (Farren Isaacs) из Йельского университета, который в прошлом сотрудничал с Чёрчем, понял, что для того чтобы снизить шанс мутирования микробных организмов и адаптации к условиям внешней среды, необходимо поставить в зависимость от синтетических аминокислот целых три гена ДНК.

Прежде чем данная технология начнёт широко применяться в различных биомедицинских лаборатория по всему миру, исследователям предстоит совершить ещё несколько шагов. Одним из важнейших вопросов является стоимость синтетических аминокислот, которыми планируется «кормить» новых генетически модифицированных микробов. Айзекс в своих экспериментах использовал крайне дорогостоящий «корм» для бактерий, который не смогут себе позволить большинство других исследователей.

Чёрч же попробовал повторить эксперимент с более дешёвой синтетической аминокислотой, но его микробы размножались слишком медленно и производили искомый химикат в куда меньших количествах, чем микробы Айзекса.

Исследователи планируют разрешить этот вопрос в ближайшие годы. В конечном итоге они надеются, что их технология найдёт и коммерческое, и фундаментально-научное применение.