How do you stop genetically enginee

How do you stop genetically engineered organisms from surviving and procreating outside the lab? Fictional scientists in Jurassic Park thought they had cracked it. But boy, were they wrong.

Now GM bacteria have been designed that can survive for hundreds of generations as long as they are fed nutrients that don’t occur naturally. This, the researchers hope, will allow us to make use of GMOs while ensuring they can never survive on their own in the wild.

Synthetic biologists design organisms to carry out useful functions, like synthesising drugs or breaking down waste products. But making sure engineered genes stay where you put them has been a challenge.

Advertisement

“We need to have biosafety features that allow you to ensure that when you’ve made something it’s not going to escape from the lab, or if it does it won’t be able to prosper,” says Andrew Ellington at the University of Texas at Austin.

There are 20 naturally occurring amino acids, which our bodies assemble to create proteins.

In Jurassic Park, fictional scientists made the dinosaurs unable to produce lysine, one of the natural amino acids, so they would need lysine supplements. In reality, all animals are unable to synthesise lysine, but, as the dinosaurs showed in the film, it is easy to find it in our diet.

Unnatural amino acids

Ellington’s solution should be more effective. His team has engineered E. coli bacteria to make proteins using an unnatural amino acid.

To do so, the researchers reengineered the gene TEM-1 β-lactamase, which confers resistance to an antibiotic, altering it so that an unnatural analogue of an amino acid was used in the creation of its protein. They also induced mutations in part of the gene coding for six nearby amino acids so that the artificial amino acid made contact with them, and then selected for mutations that restored the function of the protein.

This led to the bacteria having a modified, yet functioning, gene that gave them antibiotic resistance.

But the bacteria could not return to using the natural amino acid, since it would no longer fit in that part of the protein.

As a result, the bacteria will die if they don’t have the unnatural amino acid. They were grown in the lab for hundreds of generations without evolving out of their reliance on it.

“In the presence of antibiotics and the absence of the [artificial] amino acid, there’s very little way for our circuitry to leave the lab,” says Ellington.

Bigger toolkit

Two studies last year achieved the same feat by modifying the whole genome of E. coli. But Ellington’s method would be much easier to apply to other organisms, since dependence on the unnatural amino acid is established by a single gene that can be easily transferred between organisms.

Apart from helping to contain bacteria engineered to do useful things for us, such as making fuel or fighting tooth decay, getting them to use unnatural amino acids could give synthetic biologists a bigger toolkit to work with.

But persuading bacteria to evolve new functions has proven a challenge. “No one’s been able to evolve proteins that use unnatural amino acids in interesting ways,” says Floyd Romesburg at the Scripps Research Institute in La Jolla. “Basically what we’ve been able to do is simply coax organisms into having the unnatural amino acid there, but it’s pretty fragile and you could lose it easily.”

Ellington’s method addresses that problem by reengineering the protein to create a pressure to maintain the unnatural amino acid.

This may be valuable for designing drugs that improve on naturally occurring proteins, says Ellington: “Proteins used as drugs will need tweaking. The ability to tweak them and use functionality that’s not provided by the natural amino acids is significant.”

Journal reference: Nature Chemical Biology, DOI: 10.1038/nchembio.2002

Read more: “50 ideas to change science: Artificial life”

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

คุณหยุดสิ่งมีชีวิตแปลงพันธุกรรมออกแบบจากรอด และ procreating นอกห้องปฏิบัติการได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ที่สมมติในจูราสสิคคิดว่า จะได้แตก แต่เด็ก พวกเขาไม่ถูกต้องตอนนี้แบคทีเรียจีเอ็มได้รับการออกแบบที่สามารถอยู่รอดหลายร้อยรุ่นตราบใดที่พวกเขาจะรับสารอาหารที่ไม่เกิดเองตามธรรมชาติได้ นักวิจัยหวังว่า จะช่วยให้เราสามารถใช้ดัดแปลงพันธุกรรมขณะที่พวกเขาสามารถไม่เคยอยู่รอดด้วยตนเองในป่ามั่นใจBiologists สังเคราะห์ออกแบบเพื่อดำเนินการฟังก์ชันที่มีประโยชน์ เช่น synthesising ยาเสพติด หรือทำลายลงเสียชีวิต แต่ทำให้แน่ใจว่าออกแบบยีนที่คุณใส่พวกเขาได้รับความท้าทายโฆษณา"เราจำเป็นต้องมีคุณลักษณะที่ช่วยให้คุณมั่นใจได้ว่า เมื่อคุณได้ทำสิ่งที่มันกำลังจะหนีออกจากห้องปฏิบัติการ หรือ ถ้ามันไม่ได้ ไม่ได้รุ่งเรือง biosafety " กล่าวว่า แอนดรูอีลิงตันที่มหาวิทยาลัยเทกซัสที่ Austinมี 20 เกิดขึ้นตามธรรมชาติกรดอะมิโน ซึ่งร่างกายของเราประกอบกับสร้างโปรตีนในจูราสสิค นักวิทยาศาสตร์สมมติทำไดโนเสาร์ไม่สามารถผลิตแอล-ไลซีน กรดอะมิโนธรรมชาติ อย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อให้พวกเขาต้องการให้ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแอล-ไลซีน ในความเป็นจริง สัตว์ทั้งหมดจะไม่สามารถ synthesise แอล-ไลซีน แต่ เป็นไดโนเสาร์ที่พบในฟิล์ม ง่ายต่อการค้นหาในอาหารของเรากรดอะมิโนธรรมชาติโซลูชั่นของอีลิงตันควรจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทีมงานของเขามีวิศวกรรม E. coli แบคทีเรียต้องใช้กรดอะมิโนธรรมชาติมีโปรตีนดัง นักวิจัย reengineered ยีนยการ 1 β-lactamase ที่ confers ความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะตัว ดัดแปลงให้เป็นอนาล็อกธรรมชาติของกรดอะมิโนถูกใช้ในการสร้างโปรตีนของ พวกเขายังทำให้เกิดกลายพันธุ์ในส่วนของยีนรหัสสำหรับกรดอะมิโนหกใกล้เคียงเพื่อที่กรดอะมิโนเทียมที่ทำติดต่อกับพวกเขา และเลือกการกลายพันธุ์ที่คืนค่าการทำงานของโปรตีนนี้นำไปสู่แบคทีเรียที่มีการปรับเปลี่ยน ทำได้ ยีนที่ต้านทานยาปฏิชีวนะให้แต่แบคทีเรียสามารถกลับไปใช้กรดอะมิโนธรรมชาติ เนื่องจากจะไม่พอดีในส่วนหนึ่งของโปรตีนดัง แบคทีเรียจะตายถ้าไม่มีกรดอะมิโนธรรมชาติ พวกเขาถูกปลูกในหลายร้อยรุ่น โดยพัฒนาจากการพึ่งมัน"ในต่อหน้าของยาปฏิชีวนะและการขาดงานของกรดอะมิโน [ประดิษฐ์] มีทางน้อยมากสำหรับวงจรของเราจะออกจากห้องปฏิบัติการ กล่าวว่า อีลิงตันมือใหญ่การศึกษาสองปีทำเพลงเดียวกัน โดยการปรับเปลี่ยนกลุ่มทั้งหมดของ E. coli แต่วิธีของอีลิงตันจะง่ายมากที่จะใช้กับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เนื่องจากพึ่งกรดอะมิโนธรรมชาติก่อตั้งขึ้น โดยยีนเดี่ยวที่สามารถให้โอนย้ายได้ระหว่างสิ่งมีชีวิตนอกจากช่วยให้ประกอบด้วยแบคทีเรียที่ได้วางแผนทำสิ่งที่เป็นประโยชน์สำหรับเรา เช่นทำเชื้อเพลิง หรือต่อสู้ฟันผุ การให้ใช้กรดอะมิโนธรรมชาติช่วยในการสังเคราะห์ biologists มือใหญ่ทำงานด้วยแต่แบคทีเรียสามารถพัฒนาฟังก์ชันใหม่ที่จูงใจได้พิสูจน์ความท้าทาย "ไม่มีใครได้รับการพัฒนาโปรตีนที่ใช้กรดอะมิโนธรรมชาติในรูปแบบที่น่าสนใจ กล่าวว่า ฟลอยด์ Romesburg สถาบันวิจัย Scripps ใน La Jolla "โดยทั่วไปสิ่งที่เราเคยได้ทำเป็น coax แค่สิ่งมีชีวิตในมีกรดอะมิโนธรรมชาติมี แต่ก็เปราะบางสวย และคุณสามารถสูญเสียได้ง่าย"วิธีของอีลิงตันอยู่ที่ปัญหา ด้วยการรื้อปรับระบบโปรตีนเพื่อสร้างความดันเพื่อรักษากรดอะมิโนธรรมชาตินี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับการออกแบบยาที่ปรับปรุงในธรรมชาติเกิดโปรตีน อีลิงตันกล่าวว่า: "ใช้เป็นยาจะต้อง tweaking โปรตีนได้ ความสามารถใน การปรับแต่งให้ใช้ฟังก์ชันที่ไม่ได้รับกรดอะมิโนธรรมชาติเป็นสำคัญ"สมุดรายวันอ้างอิง: ชีววิทยาเคมีธรรมชาติ ดอย: 10.1038/nchembio.2002อ่านเพิ่มเติม: "คิด 50 เปลี่ยนวิทยาศาสตร์: ชีวิตประดิษฐ์"

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

คุณจะหยุดสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมที่รอดตายจาก procreating และนอกห้องปฏิบัติการหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์ละครใน Jurassic Park คิดว่าพวกเขาแตกมัน แต่เด็กที่ถูกพวกเขาผิด. ตอนนี้เชื้อแบคทีเรียที่จีเอ็มได้รับการออกแบบที่สามารถอยู่รอดสำหรับหลายร้อยรุ่นตราบเท่าที่พวกเขาเป็นสารอาหารที่เลี้ยงที่ไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ นี้นักวิจัยหวังว่าจะช่วยให้เราที่จะทำให้การใช้งานของ GMOs ในขณะที่มั่นใจพวกเขาไม่เคยสามารถอยู่รอดได้ด้วยตัวเองในป่า. นักชีววิทยาสังเคราะห์ออกแบบสิ่งมีชีวิตที่จะดำเนินการฟังก์ชันที่มีประโยชน์เช่นยาเสพติด synthesising หรือทำลายลงเสีย แต่การทำยีนวิศวกรรมแน่ใจว่าอยู่ที่คุณทำให้พวกเขาได้รับการท้าทาย. โฆษณา"เราจำเป็นต้องมีคุณสมบัติความปลอดภัยทางชีวภาพที่ช่วยให้คุณมั่นใจได้ว่าเมื่อคุณได้ทำบางสิ่งบางอย่างก็ไม่ได้ไปที่จะหลบหนีจากห้องปฏิบัติการหรือถ้ามันไม่ได้รับรางวัล 'ทีจะสามารถที่จะประสบความสำเร็จ "แอนดรูประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินกล่าวว่า. มี 20 เป็นธรรมชาติที่เกิดขึ้นกรดอะมิโนที่ร่างกายของเราประกอบในการสร้างโปรตีน. ใน Jurassic Park นักวิทยาศาสตร์สวมทำไดโนเสาร์ไม่สามารถผลิตไลซีนหนึ่ง กรดอะมิโนธรรมชาติดังนั้นพวกเขาจะต้องเสริมไลซีน ในความเป็นจริงสัตว์ทุกชนิดไม่สามารถที่จะสังเคราะห์ไลซีน, แต่เป็นไดโนเสาร์ที่แสดงให้เห็นในภาพยนตร์เรื่องนี้มันเป็นเรื่องง่ายที่จะหาได้ในอาหารของเรา. กรดอะมิโนธรรมชาติแก้ปัญหาประยุกต์ควรจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทีมงานของเขาได้ออกแบบแบคทีเรียอีที่จะทำให้โปรตีนโดยใช้กรดอะมิโนธรรมชาติ. ต้องการทำเช่นนั้นนักวิจัย reengineered ยีน TEM-1 β-lactamase ซึ่งฟาโรห์ต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ, การแก้ไขเพื่อให้อะนาล็อกเป็นธรรมชาติของอะมิโน กรดถูกนำมาใช้ในการสร้างโปรตีนของมัน พวกเขากลายพันธุ์เหนี่ยวนำยังอยู่ในส่วนหนึ่งของการเข้ารหัสยีนหกใกล้กรดอะมิโนเพื่อให้กรดอะมิโนเทียมได้ติดต่อกับพวกเขาและเลือกแล้วสำหรับการกลายพันธุ์ที่เรียกคืนการทำงานของโปรตีน. นี้นำไปสู่เชื้อแบคทีเรียที่มีการปรับเปลี่ยนยังทำงาน ยีนที่ทำให้พวกเขามีความต้านทานยาปฏิชีวนะ. แต่เชื้อแบคทีเรียที่ไม่สามารถกลับไปใช้กรดอะมิโนธรรมชาติเพราะมันจะไม่พอดีในส่วนของโปรตีนที่. เป็นผลให้เชื้อแบคทีเรียจะตายถ้าพวกเขาไม่ได้ผิดธรรมชาติ กรดอะมิโน. พวกเขาได้เติบโตขึ้นในห้องปฏิบัติการสำหรับหลายร้อยรุ่นโดยไม่ต้องมีการพัฒนาออกมาจากความเชื่อมั่นของพวกมัน. "ในการปรากฏตัวของยาปฏิชีวนะและตัวตนของ [เทียม] กรดอะมิโนที่มีวิธีที่น้อยมากสำหรับวงจรของเราที่จะออกจากห้องแล็บกล่าวว่า" ประยุกต์. เครื่องมือที่ใหญ่กว่าสองปีที่ผ่านมาการศึกษาบรรลุความสำเร็จเช่นเดียวกันโดยการปรับเปลี่ยนทั้งจีโนมของเชื้อ E. coli แต่วิธีการของโปรแกรมประยุกต์จะง่ายมากที่จะนำไปใช้กับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เนื่องจากการพึ่งพากรดอะมิโนธรรมชาติที่จะจัดตั้งขึ้นโดยยีนเดียวที่สามารถโอนได้อย่างง่ายดายระหว่างสิ่งมีชีวิต. นอกเหนือจากการช่วยในการมีแบคทีเรียที่ออกแบบมาเพื่อทำสิ่งที่มีประโยชน์สำหรับเราเช่น ทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงหรือต่อสู้ฟันผุได้รับพวกเขาที่จะใช้กรดอะมิโนธรรมชาติจะให้นักชีววิทยาสังเคราะห์เครื่องมือที่ใหญ่กว่าที่จะทำงานกับ. แต่แบคทีเรียจูงใจที่จะพัฒนาฟังก์ชั่นใหม่ที่ได้รับการพิสูจน์ความท้าทาย "ไม่มีใครได้รับสามารถที่จะพัฒนาโปรตีนที่ใช้กรดอะมิโนธรรมชาติในรูปแบบที่น่าสนใจ" ฟลอยด์ Romesburg ที่ Scripps Research Institute ใน La Jolla กล่าวว่า "โดยทั่วไปสิ่งที่เราได้รับสามารถที่จะทำคือเพียงแค่เกลี้ยกล่อมชีวิตลงในที่มีกรดอะมิโนธรรมชาติมี แต่ก็สวยเปราะบางและคุณอาจสูญเสียได้อย่างง่ายดาย." วิธีการของโปรแกรมประยุกต์ที่อยู่ปัญหาว่าด้วยการปรับรื้อโปรตีนเพื่อสร้างความกดดันที่จะรักษาได้ . กรดอะมิโนธรรมชาตินี้อาจจะมีคุณค่าสำหรับการออกแบบยาเสพติดที่ปรับปรุงในโปรตีนธรรมชาติที่เกิดขึ้นกล่าวว่าโปรแกรมประยุกต์"โปรตีนที่ใช้เป็นยาเสพติดที่จะต้องปรับเปลี่ยน ความสามารถในการปรับแต่งพวกเขาและใช้ฟังก์ชั่นที่ไม่ได้จัดไว้ให้โดยกรดอะมิโนธรรมชาติเป็นสำคัญ. "การอ้างอิงวารสาร: ธรรมชาติชีววิทยาเคมีดอย: 10.1038 / nchembio.2002 อ่านเพิ่มเติม:" 50 ความคิดที่จะเปลี่ยนวิทยาศาสตร์ชีวิตประดิษฐ์ "