氟化物到救援?解决抗生素抗性细菌的大跃进

氟化物救援

描绘在河环境中繁殖的抗生素(红色)治疗细胞的艺术家的概念图,而那些已被遗传修饰的那些,以除去产生氟化物出口(绿色)在氟化物的存在下消失的基因。信用:Lillian McKinney

在米歇尔奥马利的实验室中,一种简单的方法表明,在解决抗生素抗性细菌的挑战方面表明了一大跨越。

科学家长期以来一直意识到抗生素的危险过度使用以及越来越多的抗生素抗性微生物。虽然药用用途的抗生素过度处方具有对人类健康的令人不安的影响,但在自然环境中抗生素的增加也是如此。后者可能源于药物的不当处理,也可以从生物技术领域依赖于抗生素作为实验室中的选择装置。

“在生物技术中,我们长期以来依赖于抗生素和化学选择来杀死我们不想成长的细胞,”UC Santa Barbara Chemical工程师Michelle O'Malley表示。“如果我们有转基因细胞并希望只能在细胞群中生长细胞,我们将其赋予抗生素抗性基因。抗生素的引入将杀死所有没有转基因的细胞,只允许我们想要的细胞 - 转基因生物[GMOS] - 生存。然而,许多生物已经发展出来的手段来解决我们的抗生素,并且在生物技术世界和自然环境中是一个不断增长的问题。抗生素抗性问题是我们时代的大挑战,这是一个只是在重要性中增长。“

此外,GMO有一个包含问题。“如果该转基因加入实验室并在环境中成功复制,你无法预测它将引入自然生物世界的特征,”O'Malley解释说。“随着合成生物学的出现,越来越越来越存在我们在实验室中的东西yabo124可以逃脱并扩散到他们不属于的生态系统中的风险。”

现在,在O 'Malley实验室进行的研究发表在了杂志上自然通信描述了一种解决抗生素过度使用的简单方法以及遏制转基因生物。它要求用氟化物替换实验室中的抗生素。

米歇尔奥马利

UC圣巴巴拉化工工程师米歇尔奥马利。

O'Malley描述了氟化物作为“在世界上丰富的良性化学品,包括地下水。”但是,她注意到,它对微生物也有毒,这已经进化了一种基因,该基因通过除去在自然环境中遇到的氟化物来保护细胞的氟化物出口。

本文介绍了O'Malley的实验室的前研究生研究员Justin Yoo开发的过程。它使用称为同源重组的常用技术在编码氟化物出口的GMO中以非官能的基因呈现,因此细胞不能再产生它。这种细胞仍然在实验室中茁壮成长,通常使用无氟蒸馏水,但如果它逃到自然环境中,它会一旦遇到氟化物就会死亡,从而防止繁殖。

在本研究之前,YOO与O'Malley的实验室的项目科学家合作,努力使用酵母来表征Seppala在Anaerobic真菌中鉴定的氟化物蛋白质。该项目的第一步是yoo除去天然酵母氟化物转运蛋白。

在产生淘汰赛酵母菌株后不久,yoo就参加了一个合成生物大会,他听到了一种关于一种旨在防止逃离实验室环境的基因改性大肠杆菌细菌的新型生物密集机制。yabo124在那个谈话中,他回忆说:“我意识到我所产生的淘汰赛酵母菌株可能是酵母的有效生物土壤平台。”

“基本上,贾斯汀所做的是创造一系列DNA说明你可以给予细胞,使它们能够在氟化物周围时生存,“O'Malley说。“Normally, if I wanted to select for a genetically engineered cell in the lab, I’d make a plasmid [a genetic structure in a cell, typically a small circular DNA strand, that can replicate independently of the chromosomes] that had an antibiotic resistance marker so that it would survive if an antibiotic was around. Justin is replacing that with the gene for these fluoride exporters.”

这种方法,o'malley被描述为“低悬垂的水果 - justin在大约一个月内完成了所有这些研究”,还解决了生物技术实验室中的抗生素驱动细胞选择的简单经济限制。除了加油抗性细菌菌株的兴起,她仍在继续,“从生物技术的角度来看,创造抗生素的生物的过程也很漂亮。如果你打算跑10万升发酵,它可能会花费你每次发酵数千美元,以添加一些抗生素,这是一笔疯狂的金额。“值得注意的是,以低浓度使用氟化物将仅花费每升约4美分。

显然,斯帕拉说,“我们更愿意使用氟化物这样的化学物质,它相对无害、含量丰富、价格便宜,而且可以实现与传统抗生素相同的效果。”

yoo解释说,2013年,氟化物转运蛋白的作用才享受较近,这项项目开始。实施生物土壤的新出现的方法侧重于利用外国对感兴趣的生物体的生物部分,将焦点转向所谓的“精彩,但复杂,系统”,而可能从这种更简单的方法中转移注意力。

参考文献:“工程化氟化物敏感性能够通过Justin I. Yoo,SusannaSeppälä和Michelle A. O'Malley,2020年10月29日,自然通信
DOI:10.1038 / S41467-020-19271-1

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