新的基因工程策略使人造DNA變得不可見

細菌無處不在。他們生活在土壤和水中，皮膚上和身體中。有些是致病的，這意味著它們會引起疾病或感染。為了設計針對病原體的有效治療方法，研究人員需要知道哪些特定基因應歸咎于致病性。

科學家可以通過基因工程識別致病基因。這涉及將人造DNA添加到細菌細胞中。然而，問題是細菌已經進化出復雜的防御系統以防止外來入侵者 - 特別是外來的DNA。目前的基因工程方法經常將人造DNA偽裝成細菌DNA以阻止這些防御，但是該過程需要高度特異性的修改并且昂貴且耗時。

在最近發表在“美國國家科學院院刊”上的一篇論文中，克里斯托弗約翰斯頓博士和他在Forsyth研究所的同事們描述了一種通過使人造DNA對細菌的防御不可見而對細菌進行基因工程的新技術。理論上，該方法可以應用于幾乎任何類型的細菌。

Johnston是Fred Hutchinson癌癥研究中心疫苗和傳染病部門的研究員，也是該論文的主要作者。他說，當一個細菌細胞檢測到它已被外來DNA穿透時，它會迅速摧毀侵入者。細菌一直受到病毒攻擊的威脅，因此它們已經開發出非常有效的防御措施來抵御這些威脅。

約翰斯頓解釋說，問題在于，當科學家們想要將人造DNA放入細菌中時，他們會面對完全相同的防御系統，以保護細菌免受病毒侵害。

為了克服這個障礙，科學家們添加了特定的修改來掩蓋人造DNA并誘使細菌認為入侵者是其自身DNA的一部分。這種方法有時可行但可能需要相當長的時間和資源。

約翰斯頓的策略是不同的。他沒有在人造DNA中加入偽裝，而是刪除了一種稱為基序的基因序列的特定成分。細菌防御系統需要這個主題來識別外來DNA并進行有效的反擊。通過去除基序，人造DNA變得對細菌的防御系統基本上是不可見的。

“想象一下像干船塢中的敵人潛艇這樣的細菌，以及作為你的士兵的人造遺傳工具，需要進入潛艇進行特定的任務。目前的做法就像將間諜偽裝成敵人一樣士兵，讓他們走到每個門口，允許警衛檢查他們的憑據，如果一切順利，他們就在，“約翰斯頓說。“我們的方法是讓那名士兵看不見，讓他們直接穿過大門，完全躲避守衛。”

這種新方法比現有技術需要更少的時間和更少的資源。在這項研究中，約翰斯頓使用金黃色葡萄球菌作為模型，但他開發的潛在策略可以用于潛行這些主要的防御系統，這些系統存在于當今已知的80%至90%的細菌中。

這種新的基因工程工具為以前未經過充分研究的細菌研究開辟了可能性。約翰斯頓解釋說，由于科學家的時間和資源有限，他們傾向于使用已經被破壞的細菌。使用這種新工具，解決細菌DNA的主要障礙已經解決，研究人員可以使用該方法設計更多臨床相關細菌。

“細菌是我們這個星球的驅動力，”Forsyth研究所的高級研究員，該論文的共同作者Gary Borisy博士說。“設計細菌的能力對醫學，農業，化學工業和環境都有深遠的影響。”