广岛大学(HU)研究人员成功开发了转基因生物或转基因生物的生物防护策略。他们的新方法可以防止转基因蓝藻在其测试环境之外存活，从而能够更安全地研究转基因生物的影响。他们的研究结果发表在ACS Synthetic Biology上。生物工程微生物的应用已经出现在许多领域，包括农业和能源生产。例如，工程微藻可以帮助清理炼油厂废水，并作为生物燃料的来源。然而，与许多其他转基因生物一样，工程微藻的安全性尚不确定。

“工程微生物可能在某些环境中占主导地位或攻击其本土生物，这可能会对生物多样性产生负面影响，”Ryuichi Hirota说，他是本文的主要作者。Hirota是胡锦涛高等物理研究生院的副教授。“此外，微藻通常在池塘和其他水体中培养。对于克服这种风险，一种策略是在微藻中应用生物防护系统。”生物防护策略旨在阻止特定区域内转基因生物的生长，例如实验室环境之外。Hirota对“被动策略”特别感兴趣，其目的是改变微生物的营养需求。通过设计微生物依赖于其家庭环境之外不存在的某种营养素，如果它逃离这种环境，它将无法存活。

在他的情况下，微生物是微藻，营养物是亚磷酸盐。亚磷酸盐的核心是磷，它是生物中的关键元素。磷也构成一种叫做磷酸盐的不同分子，它构成了DNA的骨架和细胞内能量货币分子ATP。磷酸盐在自然界中很丰富。另一方面，亚磷酸盐不是。由于一种叫做亚磷酸盐脱氢酶的酶，少量的微生物可以将亚磷酸盐代谢成磷酸盐。虽然有机体需要磷，但由于缺乏这种酶，许多人不能使用亚磷酸盐。Hirota利用这种自然发生的过程来创建大肠杆菌的生物防护过程。去年，他和他的团队将亚磷酸盐脱氢酶基因遗传编辑成大肠杆菌，并消除了吸收磷酸盐的能力。

在这项研究中，该小组将这一系统应用于微藻中，微藻是一种生活在水中的蓝藻。与大肠杆菌一样，微藻具有磷酸盐转运过程。然而，停止对磷酸盐的依赖并将其严格转移到亚磷酸盐上又迈出了一步：破坏两个磷酸转运蛋白基因而不仅仅是一个。他的团队很成功。当它试图在没有亚磷酸盐的情况下生长时，工程微藻的活力迅速降低。然而，“逃脱的突变体总是有可能，”Hirota说。通过这种方式，他们通过测量适合依赖亚磷酸盐的多种微藻菌株来测试其生物防护策略的有效性。在三周的时间里，该团队观察到零菌落。逃逸频率至少比NIH实验室标准低三个数量级，NIH实验室标准是每1亿个正常细胞少于一个突变细胞，并且与目前使用的其他蓝细菌控制策略相当。

评估这种微藻类的下一步将超越培养皿。“我想在开放但封闭的模型生态系统中测试它，”Hirota说。也就是说，在人工池塘中测试菌株，但仍处于受控环境中。“使用转基因生物是风险和收益的平衡，”他总结道。“他们有潜力，但与此同时，他们有健康风险。如果我们没有任何技术可以让我们更安全地研究它们，我们就没有选择。我们需要开发这样的生物安全系统，所以我们可以更负责任地研究转基因生物。“