科學家為何要為轉基因生物設定“自毀開關”

基因“自毀開關”可以防止工業間諜活動和環境汙染

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在世界各地的容器中,生活著數不清的轉基因大腸桿菌,它們源源不斷地生產出有用的物質,如醫用胰島素、塑膠聚合物和食品新增劑。當這些被重新程式設計的細菌完成其使命後,它們會被作為工業廢物處理掉,或被重新用作肥料。

目前的這種安排對環境造成的風險很小,因為與野生同類相比,轉基因大腸桿菌很弱;它們在實驗室外無法長期存活。但尚未發明的工程細菌可能會去到它們不該去的地方,並造成風險。例如,如果發生意外,釋放出更具彈性的工程細菌,它們可能會接管一個平衡的生態系統?或者,如果經過改造的細菌透過水平基因轉移與自然界中的同類細菌共享抗生素耐藥性等修飾?或者,如果競爭對手公司為了其DNA中編碼的商業秘密而竊取了一種已獲得專利的細菌?科學家們正在開發應對這些意外情況的安全措施。

2009年,時任加州大學舊金山分校生物工程師的布萊恩·卡利安多開始研究一種方法,以確保轉基因生物的工程DNA在細菌逃逸或被盜之前被銷燬。他最近讀到了 CRISPR,這是一種新發現的細菌防禦策略,細菌利用它來切割和摧毀入侵病毒的DNA,他意識到他可以像內建的“自毀開關”一樣使用它來對付轉基因細菌。


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卡利安多在克里斯托弗·沃格特的指導下,先在加州大學舊金山分校,後在麻省理工學院,開發了 DNAi,這是一種基於 CRISPR 的系統,可以迫使細菌切碎自身經過改造的 DNA。卡利安多利用 CRISPR,對質粒——自主複製 DNA 的微小環狀物——進行程式設計,使其編碼形成“自毀開關”的 RNA 鹼基和酶。然後,他將這些質粒插入轉基因大腸桿菌中,在那裡它們啟動並用致命程式感染細菌。在容器中加入一種名為阿拉伯糖的糖,就會啟動“自毀開關”,DNAi 裝置開始切碎細菌的轉基因 DNA。

卡利安多的工作,今年發表在《自然通訊》雜誌上,是一個概念驗證。相同的原理可以適用於各種生物和條件。例如,他說,DNAi 可以防止轉基因生物與附近的田地發生異花授粉。

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