編譯：劉輝鴻、何雨霏、魏韜（華南農業大學食品學院）
近日，一篇發表在《Nature》上的文章提出了一種對氟化物有高度敏感性的酵母生物遏制菌株，以及一套依賴於基於氟化物選擇的互補DNA載體。
合成生物學的快速發展增強了我們設計細胞功能的能力，也增強了我們對轉基因生物(GMOs)的關注。轉基因生物現已被改造以用工業規模生產生物燃料、化學品和藥品，而微生物基因組的設計和構建有望以更大的能力來設計功能明確的細胞。然而，這些進展加劇了人們對轉基因生物帶來的健康和生態風險的擔憂，這些轉基因生物含有有害的遺傳物質，或者比自然生態系統中的微生物具有更強的適應優勢。而且由於diy合成生物學工具包的出現，使得無需學術界和產業界現有的物理遏制策略就可以構建轉基因生物，因此轉基因生物的潛在發布尤其令人擔憂。
目前，大多數生物技術應用從作為抗生素替代品的良性選擇標記中獲得巨大好處，但這很昂貴，並可能導致過度使用抗生素和裂解細胞的水平基因轉移(HGT)傳播抗生素耐藥性。儘管現在細菌的生物遏制方法已經迅速發展，但只有兩種策略在酵母中得到證明。此外，啤酒酵母的兩種生物遏制策略需要外源配體和細胞機制來生存，並依賴於必要基因的誘導轉錄。這種設計策略使得保護機制容易受到失活突變的影響。相反，一個獨立於可變系統的允許狀態將顯著降低生物遏制失活的可能性。此外，理想的真核生物控制策略是兼容各種微生物。這種生物遏制系統的普遍性越來越重要，因為非模式真核生物繼續作為生產平臺被開發。
最近已在三種真核生物中闡明了其對氟化物耐受的機制，它依賴於至少一種氟化物出口蛋白，FEX1或FEX222的存在。認識到這種嚴格的選擇機制的廣泛用途，本研究試圖將氟敏感性的應用擴展到合成生物學的兩個迫切需要:生物遏制和替代選擇標記。
該研究通過對空間和時間的考察，發現氟敏感性使被動生物防護成為可能，這一策略在本質上是穩健的，因為它的效力依賴於內源性基因的缺失，而不是受到持續選擇壓力和中性漂移影響的必需基因。而為了進一步確定該菌株的基準，該研究也對該菌株進行了四個因素的評估，並描述一個理想的生物抑制策略:(1)最小適應度缺陷，(2)對附加工程的適應性，(3)逃逸率低於1 / 108細胞，(4)遺傳穩健性，從而支持使用氟化物敏感性作為生物控制措施。另外該文章的其它研究也表明了對氟化物的敏感性使基於氟化物的媒介選擇成為可能，以及對FEX載體的表徵和表達的優化進行了詳細的闡述。
這項研究在生物遏制和質粒系統中提高了氟化物的敏感性。與現有戰略相比，我們的生物遏制菌株提供了幾個優勢。首先，我們的菌株立即適應了學術和工業應用，因為生長介質是用無氟的超純水製備的。其次，利用基因工程技術，可以很容易地將敲除基因導入到任何酵母菌株中。第三，環境氟不太可能汙染生物反應器。最後，其他含有氟轉運體基因缺失的真核生物表現出對氟化物的敏感性。因此，我們的生物控制戰略很可能可以擴展到與生物技術有關的各種生物。
我們構建了一組向量，補充了Δfex背景賦予氟公差保持不同的DNA。我們擴展了氟化物敏感性的使用，使模型酵母的各種DNA脊骨中任何基因的異源表達可用。與抗生素相比，基於氟的選擇大大降低了選擇成本，並排除了產生抗生素耐藥性的風險。我們期望我們的貢獻將立即用於學術和工業環境，以推進合成生物學的努力。
論文連結：
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19271-1