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征服微生物为军事环境中的合成生物学铺平了道路

基因工程XPORT细菌(紫色)能够将DNA编程传递到各种细菌中,即使在复杂的环境中也是如此。

来自美国陆军研究实验室和麻省理工学院的科学家团队开发并展示了一种开创性的合成生物学工具,可将DNA编程提供给广泛的细菌。

这项研究最近发表在“自然微生物学”杂志上,并作为2018年9月刊的封面。

该研究主要由国防部长办公室通过实验大学合作计划(LUCI)提供,该计划旨在通过与全国领先科学家的合作与协作,提供早期访问并加速国防部实验室创新。

ARL研究人员表示,他们认识到合成生物学领域的高成熟率要求“与更广泛的社区建立紧密联系,以利用进步并在进展过程中影响该领域。”

在这种情况下,加速就是陆军能够对未经驯化的微生物进行基因工程改造,这些微生物要么在严峻的环境中茁壮成长,要么在许多情况下,使用当前技术无法获得的高价值特种材料。

“合成生物学目前的大部分工作都使用了少量驯化的微生物,包括大肠杆菌或酵母,”ARL生物技术分部的Bryn Adams博士说。“解开对未经驯化的微生物的遗传获取已成为军事采用合成生物产品的主要障碍。”

Adams进一步解释说,需要广泛适用的合成生物学工具,其允许获得广泛的微生物,包括基因工程中将DNA转移到细胞中的最基本步骤。

该团队解决这一问题的新方法使用一种名为XPORT的工程枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)细菌,以高度精确和可控的方式将DNA传递给各种细菌。

XPORT细菌在35种不同的细菌中促进了新编程功能的多次演示,包括荧光蛋白报告,其中一些从未被发现,更不用说它们最近刚刚从实验室的土壤湿度传感器中分离出来。

麻省理工学院教授和相应的作者克里斯托弗·沃伊特博士在讨论各种环境中细菌的普遍存在以及首次接触这些微生物时说:“每个士兵,车辆和武器系统都涂有活细菌。我们期待着了解这些细菌如何根据剧院变化,现在能够控制它们以获得持续的最佳表现。“

这项研究是第一个国防部服务实验室合成生物学计划的前奏,该计划被称为生活材料,计划于2018年10月正式启动。

该计划的长期愿景是为在陆军相关环境中运行的材料赋予生命,反应和响应功能,从而产生破坏性能力,例如可调谐组装材料,自我修复和适应高级保护和变革性物流。

ARL生物材料项目负责人和手稿合着者Dimitra Stratis-Cullum博士解释说:“合成生物学的下一个前沿将带来前所未有的高性能和智能材料的进步,但需要从生产中转移最先进的技术分子对材料以及从实验室到现场都是必不可少的。这就要求陆军推动军用相关底盘工具的进步,并弥合高性能军用材料结构功能关系的差距。

科学家表示,这项研究在国防部之外也有重大影响。

“在论文中,我们通过设计从人类皮肤,人类粪便和农业土壤中分离的细菌来证明XPORT的灵活性,”主要作者Jennifer Brophy博士说。“来自这些环境的微生物是益生菌的良好候选物,其被设计用于增强人类健康或农业。”

陆军科学家认为,现在陆军必须采取行动,以对抗将在未来的作战环境中利用这些进步来应对下一代威胁的对手。

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