科学家为何要为转基因生物设置“自毁开关”

基因“自毁开关”可以防止工业间谍活动和环境污染

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在世界各地的容器中,生活着数不清的转基因大肠杆菌,它们源源不断地生产出有用的物质,如医用胰岛素、塑料聚合物和食品添加剂。当这些被重新编程的细菌完成其使命后,它们会被作为工业废物处理掉,或被重新用作肥料。

目前的这种安排对环境造成的风险很小,因为与野生同类相比,转基因大肠杆菌很弱;它们在实验室外无法长期存活。但尚未发明的工程细菌可能会去到它们不该去的地方,并造成风险。例如,如果发生意外,释放出更具弹性的工程细菌,它们可能会接管一个平衡的生态系统?或者,如果经过改造的细菌通过水平基因转移与自然界中的同类细菌共享抗生素耐药性等修饰?或者,如果竞争对手公司为了其DNA中编码的商业秘密而窃取了一种已获得专利的细菌?科学家们正在开发应对这些意外情况的安全措施。

2009年,时任加州大学旧金山分校生物工程师的布莱恩·卡利安多开始研究一种方法,以确保转基因生物的工程DNA在细菌逃逸或被盗之前被销毁。他最近读到了 CRISPR,这是一种新发现的细菌防御策略,细菌利用它来切割和摧毁入侵病毒的DNA,他意识到他可以像内置的“自毁开关”一样使用它来对付转基因细菌。


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卡利安多在克里斯托弗·沃格特的指导下,先在加州大学旧金山分校,后在麻省理工学院,开发了 DNAi,这是一种基于 CRISPR 的系统,可以迫使细菌切碎自身经过改造的 DNA。卡利安多利用 CRISPR,对质粒——自主复制 DNA 的微小环状物——进行编程,使其编码形成“自毁开关”的 RNA 碱基和酶。然后,他将这些质粒插入转基因大肠杆菌中,在那里它们启动并用致命程序感染细菌。在容器中加入一种名为阿拉伯糖的糖,就会启动“自毁开关”,DNAi 装置开始切碎细菌的转基因 DNA。

卡利安多的工作,今年发表在《自然通讯》杂志上,是一个概念验证。相同的原理可以适用于各种生物和条件。例如,他说,DNAi 可以防止转基因生物与附近的田地发生异花授粉。

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