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开发生物安全工具 以检测野外的基因工程生物

发布时间:2019-05-22 11:00:54 来源:

如果遗传或合成工程生物被释放到环境中,我们将如何知道?除了野外天然存在的数百万种微生物外,我们怎能分辨它呢?这是多机构研究团队所面临的挑战,其中包括伍斯特理工学院(WPI)化学工程助理教授Eric Young,他正在开发一种生物安全工具,可以根据其独特的DNA特征检测工程微生物。

遗传工程,其中基因被添加到生物的基因组中,而合成生物学,其专注于理解和设计更好的DNA序列,现在被用于制造多种产品,例如药物,如胰岛素和农作物。 。生物技术公司(从初创企业到跨国公司)也使用基因工程来生产洗涤剂,食品配料和生物燃料等产品。

几十年来,美国政府一直赞助研究和开发工程生物以及设计DNA的更好方法,而政府和合成生物学界共同努力开发安全和道德实践,以确保生产的生物是安全的,并且能够被包含。例如,政府赞助开发“杀伤开关”,使工程有机体无法在实验室外生存。

最近,美国政府和研究科学家已经确定需要新的工具,当它们与无数天然存在的微生物混合时,可以识别工程生物。最终可以部署这些工具来检测环境中的工程生物。如果公司设计的有机体意外逃离实验室或检测有意释放的潜在有害生物,它们可用于保护公司的知识产权。

这是负责开发此类工具的多机构团队正在执行的任务。该项目由寻找工程联系指标(FELIX)项目的18个月奖励资助,该项目由国家情报总监办公室内的情报高级研究项目活动(IARPA)开展,该组织为研究提供资金支持。美国情报界面临的挑战。该奖项的第二阶段可以续签24个月。雷神公司是总部位于马萨诸塞州的国防承包商,是主承包商; Young因为他的部分项目获得了377,746美元的奖励,是五个分包商之一。其他人是约翰霍普金斯大学,普林斯顿大学,加州大学旧金山分校和Mission Bio,

“我们意识到工程和生物工程的力量,”Young说,他的专长是合成生物学,包括细菌,酵母和真菌的基因工程。“我们对合成生物学的前景感到兴奋,但我们也有道德责任去思考我们开发的技术的潜在负面用途。

“我的实验室正在开发工程有机体以解决问题,我们使用超出我们要求使用的安全实践,”他补充说。“希望这个项目能引导我们使用低成本工具,确保每个人都在努力防止生物体进入环境,从大学到制造工厂再到车库中的DIY生物爱好者。”

科学家通过将新基因引入其基因组中来创造工程微生物,使其能够生产有价值的药物,生物燃料或食品。含有用于产生胰岛素的人基因的细菌,或含有来自几种生物的多个基因以制备抗疟药青蒿素的酵母是实例。由于这些工程生物中的许多基因存在于自然界中,因此将它们与土壤或水样中的非工程生物区分开来可能具有挑战性。“这类似于在大海捞针中找到众所周知的针头,”杨说。

他补充说,做出这种区分的关键是确定每种生物的遗传特征。凭借它们的生产方式,大多数基因工程生物体具有一个或多个DNA片段,这些片段对于它们的基因组是独特的,并且使它们与它们的非工程化表亲不同。这些DNA标记可用作标记物以快速发现天然存在的微生物群体中的工程化生物。Young在研究项目中的作用是生成含有这些特定标记的生物工程生物的例子。

“我们正在提供检测设备将寻找的'专家'信息,”他说。“我们正在考虑过去50年的基因工程,并将所有知识和信息减少到我们最有可能需要找到的生物工程生物的一系列基本特征。这取决于我们的赞助商和团队决定哪些生物是重要的,我们帮助决定我们要看哪些签名。这是非常令人兴奋的工作。“

最初,正与两名研究生合作的Young将专注于啤酒酵母,他说这种酵母越来越成为生物工程公司的首选生物,因为它很容易设计并且易于生长,因为几十年来规模化酿造行业的发酵经验。他所识别的特征将有助于检测可能来自公司和大学实验室的已知工程生物。检测可能有意释放到环境中的潜在有害生物将是一个更大的挑战。

“当你不知道自己可能需要寻找什么样的生物时,情况要复杂得多,”他说。“我们必须考虑最有可能的东西以及资源有限的人会创造什么。我们需要创建能够检测各种工程生物的工具。他们需要足够灵活,以便能够检测到特定的一组签名,但随后会发现新添加的签名。我们正在帮助开发一种技术来实现这一目标。“

Young生成的知识最终将被纳入由研究团队其他成员开发的台式检测设备中。其他团队成员正在创建机器学习算法,这些算法将找到专家可能无法识别的新签名。Young表示,他希望在项目结束时准备好可用于酵母的检测设备,但在解决更复杂的挑战之前可能需要5到10年。

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