氟化物来拯救吗?

科学家们早就意识到过度使用抗生素的危险，以及由此导致的耐抗生素微生物数量的增加。尽管过度使用抗生素作为药物会给人类健康带来令人不安的影响，但抗生素在自然环境中越来越多的存在也是如此。后者可能来自药物的不当处理，但也来自生物技术领域，该领域依赖于抗生素作为实验室的选择设备。

加州大学圣巴巴拉分校的化学工程师米歇尔·奥马利说:“在生物技术领域，我们长期依赖抗生素和化学选择来杀死我们不想生长的细胞。”“如果我们有一个基因工程细胞，想让这个细胞在细胞群中生长，我们就给它一个抗生素抗性基因。抗生素的引入将杀死所有非基因工程细胞，只允许我们想要的细胞——转基因生物存活。然而，许多生物已经进化出了避开抗生素的方法，它们在生物技术世界和自然环境中都是一个日益严重的问题。抗生素耐药性问题是我们这个时代的一个重大挑战，它的重要性越来越大。”

此外，转基因生物还面临着一个遏制问题。奥马利解释说:“如果转基因生物走出实验室并成功地在环境中复制，你无法预测它会把什么特性引入自然生物世界。”“随着合成生物学的出现，越来越多的风险是，我们在实验室里设计的东西可能会逃逸并扩散到它们不属于的生态系统中。”

现在，奥马利实验室进行的一项研究发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上，该研究描述了一种简单的方法，既可以解决抗生素的过度使用，也可以遏制转基因生物。它要求用氟化物取代实验室中的抗生素。

奥马利称氟化物是“一种非常良性的化学物质，在世界各地都有大量存在，包括地下水中。”但是，她指出，它对微生物也是有毒的，微生物已经进化出一种编码氟化物输出器的基因，通过去除自然环境中遇到的氟化物来保护细胞。

这篇论文描述了奥马利实验室前研究生研究员Justin Yoo开发的一个过程。它使用了一种被称为同源重组的常见技术，使编码氟化物输出器的转基因基因失去功能，这样细胞就不能再产生它。这样的细胞在实验室里仍然可以茁壮成长，因为实验室通常使用无氟蒸馏水，但如果它逃到自然环境中，一旦遇到氟化物，它就会死亡，从而阻止了繁殖。

在这项研究之前，Yoo与论文的合著者Susanna Seppala (O’malley实验室的项目科学家)合作，试图利用酵母来描述Seppala在厌氧真菌中发现的氟化物运输蛋白。这个项目的第一步是让Yoo去除原生酵母氟化物转运体。

在产生敲除酵母菌株后不久，Yoo参加了一个合成生物学会议，在会上他听到了一个关于一种新型生物遏制机制的演讲，该机制旨在防止转基因大肠杆菌逃离实验室环境。他回忆说，在那次演讲中，“我意识到，我制造的敲除酵母菌株有可能成为酵母的有效生物控制平台。”

“从本质上讲，贾斯汀所做的就是创建了一系列DNA指令，你可以给细胞下达指令，使它们在氟化物存在时能够存活，”奥马利说。“正常情况下,如果我想选择转基因细胞在实验室里,我会成为一个质粒(细胞的基因结构,通常一个小环状DNA链,能独立复制的染色体),有抗生素抗性标记,这样它将生存如果抗生素。贾斯廷正在用氟化物出口商的基因取代它。”

这种方法，O ‘Malley称之为“容易实现的成果——Justin在一个月内完成了所有这些研究”，也解决了生物技术实验室中抗生素驱动细胞选择的一个简单的经济限制。她继续说道:“从生物技术的角度来看，除了助长细菌耐药菌株的增长，创造耐抗生素微生物的过程也相当昂贵。如果你要进行1万升的发酵，每次发酵可能要花费数千美元来添加一些抗生素，这是一笔疯狂的钱。值得注意的是，使用低浓度的氟化物每升只需要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，氟化物转运体的作用直到最近才被阐明，也就是2013年这个项目开始的时候。实施生物围堵的新方法集中于使用对感兴趣的有机体来说陌生的生物部件，将焦点转向了柳所描述的“聪明但复杂的系统”，同时可能将注意力从这种简单的方法转移开来。