유전자 또는 합성 조작 유기체가 환경으로 방출되면 어떻게 알 수 있습니까? 야생에서 자연스럽게 존재하는 수백만의 미생물과는 별도로 말할 수 있습니까? 이것이를 포함한 다중 기관 연구팀이 수행하는 도전입니다.Eric Young, WPI (슬롯 사이트)의 화학 공학 조교수는 고유 한 DNA 시그니처를 기반으로 엔지니어링 된 미생물을 감지 할 수있는 생물 보안 도구를 개발하는 것입니다.
유전자 공학은 유기체의 게놈에 첨가되는 유전자 공학이며, 더 나은 DNA 서열을 이해하고 설계하는 데 중점을 둔 합성 생물학은 오늘날 인슐린, 농업 작물과 같은 제약과 같은 광범위한 제품을 만드는 데 사용됩니다. 유전자 공학은 또한 신생 기업부터 다국적 기업에 이르기까지 세제, 식품 성분 및 바이오 연료와 같은 제품을 제조하기 위해 생명 공학 회사에서 사용합니다.
수십 년 동안, 미국 정부는 피망 슬롯링 유기체의 연구와 개발에 대한 연구를 후원하고 DNA를 설계하는 더 나은 방법을 후원했으며, 정부와 합성 생물학 공동체는 함께 협력하여 안전과 윤리적 관행을 개발하여 안전하고 함유 될 수 있습니다. 예를 들어, 정부는 설계된 유기체가 실험실 밖에서 생존 할 수없는“킬 스위치”의 개발을 후원했습니다.
최근에 미국 정부 및 연구 과학자들은 수많은 자연 발생 미생물과 혼합 될 때 피망 슬롯링 된 유기체를 식별 할 수있는 새로운 도구가 필요하다는 것을 확인했습니다. 이러한 도구는 결국 환경에서 피망 슬롯링 된 유기체를 감지하기 위해 배치 될 수 있습니다. 실수로 실험실에서 탈출하거나 잠재적으로 유해한 유기체의 의도적 인 릴리스를 감지하기 위해 설계된 유기체가 회사의 지적 재산을 보호하는 데 사용될 수 있습니다..
이것은 그러한 도구 개발 혐의로 기소 된 다중 기관 팀이 수행하는 작업입니다. 이 프로젝트는 Felix (Finding Engineering Linked Indicators) 프로그램에서 18 개월간 상을 수상했습니다.이 프로그램은 미국 정보 커뮤니티가 직면 한 문제를 해결하기 위해 National Intelligence Director의 사무실 내 Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA)를 통해 운영됩니다. 이상은 24 개월 동안 추가로 갱신 할 수있는 두 번째 단계가 있습니다. 매사추세츠에 기반을 둔 국방 계약자 인 Raytheon은 주요 계약자입니다. 프로젝트의 일부에서 377,746 달러의 상을받은 영은 5 명의 하청 업체 중 하나입니다. 다른 하나는 샌프란시스코의 캘리포니아 대학교, 프린스턴 대학교, 샌프란시스코에 기반을 둔 생명 공학 회사 인 미션 바이오입니다.
“우리는 피망 슬롯링과 생물 공학의 힘을 알고 있습니다.”박테리아, 효모 및 곰팡이의 유전자 공학을 포함한 합성 생물학에 대한 전문 지식이있는 영은 말했다. “우리는 합성 생물학의 약속에 대해 흥분하지만, 우리가 개발 한 기술의 잠재적으로 부정적인 사용에 대해 생각할 윤리적 책임도 있습니다..
“내 실험실은 문제를 해결하기 위해 피망 슬롯링 된 유기체를 개발하고 있으며, 우리가 사용해야하는 것 이상의 안전 관행을 사용하고 있습니다.”라고 그는 덧붙였습니다. "이 프로젝트는 우리가 모든 사람이 유기체가 환경으로 방출되는 것을 방지하기 위해 노력할 수있는 저렴한 도구로 이어질 것이며, 대학에서 공장에서 공장 제조, 차고의 DIY 바이오 애호가에 이르기까지 환경으로의 공개를 방지합니다.".
과학자들은 새로운 유전자를 게놈에 도입하여 귀중한 약물, 바이오 연료 또는 식품을 생산할 수있게하여 피망 슬롯링 된 미생물을 만듭니다. 인슐린을 생산하기위한 인간 유전자를 함유하는 박테리아, 또는 항 말라리아 약물을 만드는 여러 유기체로부터 다수의 유전자를 갖는 효모슬롯 사이트에서 개발예제입니다. 이들 조작 된 유기체의 많은 유전자가 자연에 존재하기 때문에 토양이나 물 샘플의 비 엔지니어링 유기체와는 별도로 말하는 것은 어려울 수 있습니다. 영은“피망 슬롯에서 속담 바늘을 찾는 것과 비슷하다”고 말했다.
그는 그 차이를 만드는 열쇠는 각 유기체에 대한 유전자 서명을 식별 할 것이라고 덧붙였다. 그들이 생산되는 방식으로 인해, 유전자 조작 된 유기체의 대부분은 게놈에 고유 한 하나 이상의 짧은 DNA 섹션을 가지고 있으며, 비 피망 슬롯링 사촌과 다르게 만듭니다. 이 DNA 시그니처는 자연적으로 발생하는 미생물 집단에서 조작 된 유기체를 신속하게 발견하기 위해 마커로 사용될 수 있습니다. 연구 프로젝트에서 영의 역할은 이러한 특정 마커를 포함하는 생체 공학 유기체의 예를 생성하는 것입니다.
“우리는 탐지 장치가 찾고있는 '전문가'정보를 제공하고 있습니다. “우리는 지난 50 년간의 유전자 공학을 고려하고 우리가 찾아야 할 생체 공학적 유기체에 대한 필수 서명 세트로 이러한 모든 지식과 정보를 줄이고 있습니다. 스폰서와 팀은 어떤 유기체가 중요한지 결정하는 데 도움이되며, 우리가보고있는 서명을 결정하는 데 도움이됩니다.
처음에는 두 명의 대학원생과 함께 일하고있는 Young은 양조자의 효모에 중점을 둘 것이며, 양조 업계에서 수십 년간의 대규모 발효 경험을 감안할 때, 피망 슬롯링이 쉽고 성장하기가 쉽기 때문에 생물 공학 회사의 유기체가되고 있다고 말합니다. 그가 식별하고있는 서명은 기업 및 대학 실험실에서 나왔을 수있는 알려진 피망 슬롯링 유기체를 감지하는 데 유용 할 것입니다. 의도적으로 환경으로 방출 될 수있는 잠재적으로 유해한 유기체를 감지하는 것은 더 큰 도전이 될 것입니다.
“어떤 유기체를 찾아야하는지 모르면 훨씬 더 복잡합니다.”라고 그는 말했습니다. "우리는 그곳에있을 가능성이 가장 높고 자원이 제한된 자원을 가진 사람에 대해 생각해야합니다. 광범위한 피망 슬롯링 유기체를 감지 할 수있는 도구를 만들어야합니다. 그리고 특정 서명 세트를 감지 할 수있을 정도로 유연해야하지만 새로 추가 된 서명을 발견 할 수있는 기술을 감지해야합니다."
Young이 생성하는 지식은 궁극적으로 연구팀의 다른 구성원이 개발할 벤치 탑 탐지 장치에 통합 될 것입니다. 다른 팀원들은 전문가가 식별 할 수없는 새로운 서명을 찾을 수있는 머신 러닝 알고리즘을 만들고 있습니다. Young은 프로그램이 끝날 때 효모를위한 사용 가능한 탐지 장치가 준비 될 것으로 예상하지만, 더 복잡한 문제가 해결되기까지 5 ~ 10 년이 될 수 있다고 말했다..
슬롯 사이트 소개
목적 중심의 교육자 및 연구원 커뮤니티 인 슬롯 사이트는 50 년 동안 프로젝트 기반 학습 분야의 글로벌 리더였습니다. 고등 교육 및 세계의 충격 제작자 인 WPI는 학생들을 진정한 실제 경험에 몰입시키는 프로젝트 기반 커리큘럼을 통해 자신감 있고 유능한 문제 해결사를 준비합니다..
